Imageamento 3D Revolucionário Revela Rachaduras Ocultas em Ligas à Base de Níquel

• Pela primeira vez, pesquisadores desenvolvem técnica para capturar imagens 3D de rachaduras microscópicas em ligas de base níquel causadas por exposição a hidrogênio ou água.
• Ajudará engenheiros a desenvolver microestruturas com vida útil do material estendida, economizando custos em reparos e substituições.

Microfraturas em ligas metálicas não podem ser vistas a olho nu, mas podem se estender a outras regiões quando expostas a hidrogênio ou água, levando a sérios problemas em usinas nucleares, tecnologias eletroquímicas, armazenamento de hidrogênio e estruturas como pontes e prédios altos.

Geralmente, a fragilização por hidrogênio (HE) de ligas é denotada por fraturas inesperadas e perda de ductilidade que causam um espectro cada vez maior de falhas de material. Como a intensidade da HE aumenta com a resistência do metal, ligas avançadas (como liga de base níquel) são mais suscetíveis à HE. Para prever e prevenir a HE, é necessário ter conhecimento detalhado de suas origens físicas.

Recentemente, pesquisadores do MIT e LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) desenvolveram uma técnica para capturar imagens tridimensionais de rachaduras microscópicas em ligas causadas por fragilização por hidrogênio. Essas imagens podem ser usadas para detectar diferentes fronteiras de grão ou orientações de estruturas microscópicas que podem desviar fraturas e prevenir danos assistidos por hidrogênio ou água.

Como Fizeram?

A nova técnica — mapeamento de microestrutura 3D — baseia-se em métodos de difração de raios-X baseados em síncrotron e tomografia para analisar rachaduras em ligas de níquel causadas por hidrogênio/água.

Se você quer analisar precisamente como rachaduras em metal se propagam, precisa simular o problema em três dimensões. Também precisa ter dados suficientes sobre a morfologia da rachadura e sua relação com a microestrutura.

Para realizar uma avaliação não destrutiva, os autores direcionaram feixes de raios-X de alta intensidade em ligas de níquel rachadas. Colocaram uma câmera para capturar todos os feixes transmitidos e difratados. Então testaram centenas de milhares de orientações de estrutura microscópica e examinaram milhões de pontos.

Referência: Nature Communications | doi:10.1038/s41467-018-05549-y | LLNL

Crédito da imagem: Dharmesh Patel / Texas A&M University

Ao alinhar dados com modelos físicos, transformaram os pontos de difração em uma imagem tridimensional de microestrutura. Esta imagem 3D mostra quais tipos de fronteiras de grão poderiam desviar rachaduras, e os resultados sugerem que BLIPS (fronteiras com planos de baixo índice) são resistentes a danos.

Como É Útil?

A tecnologia pode trazer avanços às técnicas de processamento de metal visando deter a propagação de rachaduras em ligas de níquel. Isso fortaleceria materiais e aumentaria sua vida útil para componentes e estruturas.

Mais especificamente, poderia melhorar previsões de respostas mecânicas de ligas HE. Fronteiras de grão prejudiciais podem ser processadas para fora enquanto se projetam ligas para adicionar obstáculos para fraturas e impedi-las de crescer.

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Além disso, dados obtidos de imagens 3D ajudarão engenheiros a desenvolver microestruturas eficazes com vida útil do material estendida, economizando custos em reparos/substituições. Para aumentar a vida útil, a microestrutura deve ser processada com grandes quantidades de BLIPS, que desviariam ou embotariam rachaduras de maneira melhor.