Vários aspectos importantes da liga de alta entropia que você deve conhecer

Introdução

As ligas metálicas de alta entropia (HEAs) são uma nova classe de materiais que surgiram como alternativas promissoras às ligas tradicionais. Aqui estão alguns fatos importantes a serem considerados sobre as HEAs. Espero que você possa entender melhor esses materiais do futuro.

[1]

Figura 1. Exemplos de ligas de alta entropia

O que é liga de alta entropia?

--Definição

A liga de alta entropia, ou HEA, é um material avançado com 5 ou mais elementos metálicos, estruturas desordenadas e alta entropia. As HEAs são bem diferentes das ligas tradicionais. Elas não se baseiam em um componente majoritário, mas são compostas por vários elementos principais. Ou seja, a HEA contém pelo menos 5 elementos, e a proporção de cada elemento é igual ou aproximadamente igual. Essas ligas também são caracterizadas por alta entropia, o que leva a suas propriedades e aplicações exclusivas.

--Propriedades

As HEAs têm uma combinação superior de propriedades que não são encontradas nas ligas tradicionais. Essas características incluem alta resistência, ductilidade e estabilidade térmica. Essas ligas também apresentam excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e propriedades de alta temperatura, o que as torna candidatas ideais para uso em ambientes adversos.

Por exemplo, o VNbMoTaW possui uma alta resistência ao escoamento de mais de 600 MPa (87 ksi), mesmo em uma temperatura de 1.400 °C. O CoCrFeMnNi tem propriedades mecânicas excepcionais em baixa temperatura e alta resistência à fratura. Já o Al0.5CoCrCuFeNi apresenta alta vida útil à fadiga e limite de resistência em comparação com as ligas convencionais de aço e titânio.

--Produção

A produção de HEAs requer técnicas especializadas, como metalurgia do pó, eletrodeposição e liga mecânica, devido à sua composição e microestrutura complexas. A maioria deles é feita com fusão por arco e fusão por indução. Também podem ser empregados sputtering, epitaxia de feixe molecular (MBE) ou fusão mecânica. Essas técnicas permitem a criação de HEAs com características e microestruturas personalizadas, que são adequadas para aplicações específicas.

Figura 2. Métodos de produção de HEA

--Aplicação

Os HEAs têm se mostrado promissores em várias aplicações, incluindo aplicações termoelétricas de alta temperatura, revestimentos resistentes ao desgaste e materiais estruturais. Eles também foram explorados para uso em aplicações aeroespaciais, automotivas e biomédicas. A combinação exclusiva de propriedades exibida pelos HEAs os torna um candidato ideal para uso em ambientes adversos, onde as ligas tradicionais podem falhar.

Também é possível encontrar HEAs aplicados no setor automobilístico para fabricar peças de motor, componentes de transmissão e outros equipamentos estruturais. Além disso, essas ligas são materiais promissores para aplicações nucleares graças à sua resistência à radiação e à corrosão.

Quatro princípios básicos da liga de alta entropia

Vamos continuar o artigo aprendendo sobre os princípios fundamentais das HEAs.

1) Estabilização entrópica de soluções sólidas

O primeiro efeito central é a estabilização entrópica. Ele se refere ao fenômeno em que a alta entropia configuracional leva à estabilização da fase da solução sólida. Isso significa que a solução sólida é mais estável do que a fase intermetálica devido à menor energia de Gibbs. [2]

2) A grave distorção de suas redes

Em segundo lugar, a rede do HEA é significativamente distorcida devido às diferenças de tamanho entre os elementos de liga, o que tem vários efeitos sobre as propriedades físicas e mecânicas do HEA.

3. cinética de difusão lenta

Além disso, a HEA apresenta uma cinética de difusão lenta. Isso se deve principalmente ao fato de os átomos se difundirem mais dificilmente em soluções sólidas com altas concentrações de muitos elementos.

4. o efeito coquetel

Por fim, as composições de HEA são complexas, pois vários elementos interagem entre si, levando a comportamentos incomuns que não podem ser previstos com base nas propriedades dos elementos individuais. Esse fenômeno é chamado de efeito coquetel. Essas interações entre elementos podem resultar em propriedades especiais, porém difíceis de prever.

Conclusão

Em suma, as ligas de alta entropia oferecem uma combinação excepcional de propriedades, métodos de produção especializados e adequação a várias aplicações. Elas também são conhecidas pela (1) estabilização entrópica, (2) distorção severa de suas redes, (3) cinética de difusão lenta e (4) efeito coquetel. À medida que as pesquisas sobre os HEAs continuarem, é provável que todo o seu potencial seja alcançado, levando ao desenvolvimento de materiais ainda mais avançados para uso em várias aplicações. A Stanford Advanced Materials (SAM) é um fornecedor confiável de ligas de alta entropia. Se estiver interessado, envie-nos uma consulta.

Referências:

[1] Saro San, Yang Tong, Hongbin Bei, Boopathy Kombaiah, Yanwen Zhang, Wai-Yim Ching, Cálculo de primeiros princípios de distorções de rede em quatro ligas monofásicas de alta entropia com validação experimental, Materials & Design, Volume 209, 2021, 110071, ISSN 0264-1275, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110071.

[2] Pickering, E., & Jones, N. (2016). Ligas de alta entropia: A critical assessment of their founding principles and future prospects (Uma avaliação crítica de seus princípios fundamentais e perspectivas futuras). International Materials Review. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1180020