UC desenvolve projecto para a autorreparação de materiais metálicos

A Universidade de Coimbra (UC) desenvolveu um projecto que visa contribuir para a autorreparação de materiais metálicos para aplicação em áreas como a aeroespacial, aeronáutica ou biomédica.

A instituição especificou que o projecto foi desenvolvido ao longo dos últimos quatro anos por uma equipa de investigadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Ciências e Tecnologia.

Com a denominação “CrackFree – Para materiais metálicos autorreparáveis”, este trabalho, 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, de modo a diminuir os danos ocorridos por fadiga nesses materiais e a evitar o colapso de sistemas.

Ana Sofia Ramos lembrou que “a autorreparação em metais é complexa, tornando a sua investigação um desafio”, e que, “por isso, foi explorada uma nova abordagem para detetar (micro)fissuras em materiais metálicos”.

Segundo acrescentou, “este sistema é composto por um material matriz, nomeadamente liga aeronáutica de alumínio ou aço inoxidável austenítico, um sensor e um actuador”.

“Neste projecto, por forma a incorporar sensores e actuadores, a matriz metálica é produzida pelo processo aditivo de extrusão de material (MEX, na sigla inglesa), um processo desenvolvido desde a optimização de ‘feedstocks’ e produção de filamentos até à peça final. O sensor tem como elemento principal ligas com memória de forma, capazes de detectar a presença de fissuras. Por sua vez, o actuador tem como destaque multicamadas reactivas (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”, explicou.

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 detecção 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 eléctrica da austenite, (fase mãe), e da martensite, são o cerne do sensor de fissuras”, descreveu ainda a equipa do projecto.

Paralelamente, outro dos objectivos 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 carácter exotérmico das MRs. Após a detecção, 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”, referiu Ana Sofia Ramos.

De acordo com a equipa deste projecto, 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”, concluiu a equipa do projecto, constituída por oito investigadores do CEMMPRE.

O projecto “CrackFree” recebeu um financiamento na ordem dos 214 mil euros por parte da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT).