Projeto da Universidade de Coimbra contribui para autorreparação de materiais metálicos

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).