Com
o intuito de diminuir os danos ocorridos por fadiga em materiais metálicos e
evitar o colapso do sistema em que estão inseridos, uma equipa de
investigadores do Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) da Faculdade de
Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) desenvolveu, ao longo
dos últimos quatro anos, um projeto que visa contribuir para a autorreparação
de materiais metálicos.
O projeto “CrackFree - Para materiais metálicos autorreparáveis”, liderado por Ana Sofia Ramos, investigadora do Centro de Engenharia Mecânica, Materiais e Processos (CEMMPRE), centrou-se na elaboração de um sistema de autorreparação em materiais metálicos para aplicação em áreas como aeroespacial, aeronáutica ou biomédica.
«A
autorreparação em metais é complexa, tornando a sua investigação um desafio.
Por isso, foi explorada uma nova abordagem para detetar (micro)fissuras em
materiais metálicos - sensor e, posteriormente, induzir a sua reparação
(autorreparação) – atuador, abordando diferentes técnicas para a produção de
cada componente», revela a investigadora, acrescentando que este sistema é
composto por um material matriz, nomeadamente liga aeronáutica de alumínio ou
aço inoxidável austenítico, um sensor e um atuador.
«Neste
projeto, por forma a incorporar sensores e atuadores, a matriz metálica é
produzida pelo processo aditivo de extrusão de material (MEX, na sigla
inglesa), um processo desenvolvido desde a otimização de feedstocks e
produção de filamentos até à peça final. O sensor tem como elemento principal
ligas com memória de forma capazes de detetar a presença de fissuras. Por sua
vez, o atuador tem como destaque multicamadas reativas (MRs) depositadas por
pulverização catódica (sputtering), que são capazes de reagir de forma
autopropagável libertando calor, de modo a fundir um material reparador com
vista a impedir a propagação de fissuras e promovendo, assim, a “cicatrização”
dos componentes mecânicos», explica a também professora do DEM.
Assim,
a liga aeronáutica de alumínio e o aço inoxidável austenítico foram usados para
produzir provetes do material matriz utilizando a técnica MEX, de forma a
permitir a introdução do sensor sob a forma de fio. «O primeiro desafio
consistiu na deteção de fissuras utilizando fios de ligas com memória de forma,
nomeadamente fios de NiTi - Sensor. A transformação martensítica do NiTi
induzida por tensão e a diferente resistência elétrica da austenite, (fase
mãe), e da martensite, são o cerne do sensor de fissuras», descreve a equipa do
projeto.
Paralelamente,
outro dos objetivos do projeto CrackFree «consistiu na deposição de nanocamadas
alternadas de metais que reagem exotermicamente entre si (MRs), sobre a
superfície de fios de tungsténio – Atuador. Na etapa de reparação, recorreu-se
ao caráter exotérmico das MRs. Após a deteção, o fecho da fissura é promovido
pela fusão de um material reparador por efeito do calor libertado. O material
fundido ao fluir pode preencher a fissura ou pelo menos impedir a sua
propagação. Para avaliar a estratégia de autorreparação proposta, foi estudada
a propagação de fissuras em materiais metálicos com sensores incorporados,
tanto numérica como experimentalmente», refere Ana Sofia Ramos.
De
acordo com a equipa da FCTUC, o uso deste sistema pode ser aplicado, por
exemplo, em satélites, uma vez que a manutenção é extremamente difícil e
realizada de forma remota, bem como em amortecedores de carros, componentes que
sofrem maior colapso ao longo do tempo.
«O
nosso estudo é o começo de uma longa caminhada com desafios reais a serem
ultrapassados. Os mecanismos e princípios básicos da autorreparação em metais
ainda são desconhecidos e os nossos resultados são claramente considerados uma
mais-valia», conclui a equipa do projeto, constituída por oito investigadores
do CEMMPRE. O projeto CrackFree recebeu
um financiamento na ordem dos 214 mil euros por parte da Fundação para a
Ciência e a Tecnologia (FCT). Universidade de Coimbra - Portugal
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