Um novo tempo para o titânio

Um novo tempo para o titânio

O futuro da carne

No horizonte

Nota do reitor: Parceiros públicos na inovação

Entre os metais, a resistência e a leveza do titânio, a resistência à corrosão e a capacidade de suportar temperaturas extremas distinguem há muito tempo o seu valor, especialmente para aplicações sensíveis ao peso e ao ambiente. Quando foi descrito pela primeira vez no final do século 18, um co-descobridor nomeou o metal em homenagem aos Titãs – deuses nascidos da Terra e do céu na mitologia grega antiga.

O tempo apenas apagou o brilho do titânio. “Sou um cientista de materiais e às vezes as pessoas me perguntam: 'qual é o seu elemento favorito?'” diz Andrew Minor, professor de ciência e engenharia de materiais. Para edifícios, aviões, mísseis, naves espaciais e muito mais, diz ele, “se você deseja o material mais forte com o menor peso, é o titânio. Se pudéssemos, faríamos tudo em titânio.”

Na verdade, para os designers industriais, a perspectiva de carros, camiões e aviões fortes, leves e altamente eficientes em termos de combustível, por exemplo, ou navios de carga super-resistentes à corrosão, o titânio deve ser a matéria dos sonhos.

O problema? “É muito caro”, diz Minor sobre o titânio de nível industrial ou ligas de titânio que poderiam substituir o aço quando apenas os materiais mais fortes e duráveis ​​seriam suficientes. Na verdade, o custo de produção do titânio é cerca de seis vezes maior que o do aço inoxidável. Como resultado, seus usos permaneceram limitados a peças especiais para a indústria aeroespacial, itens de alta qualidade, como joias ou outras aplicações de nicho.

Além do mais, o titânio puro tem resistência apenas moderada, explica Minor. Pode ser reforçado com elementos como oxigênio, alumínio, molibdênio, vanádio e zircônio; no entanto, isso geralmente ocorre às custas da ductilidade – a capacidade do metal de ser estirado ou deformado sem fraturar.

Agora, após uma década de pesquisa, uma nova era para o titânio, incluindo aplicações de engenharia bastante expandidas, pode estar se aproximando, graças a Minor e seus colegas de Berkeley, incluindo Mark Asta, Daryl Chrzan e JW Morris Jr., também professores do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. Eles têm sondado e estimulado o titânio de diversas maneiras, na esperança de expandir seu uso prático para uma variedade de aplicações estruturais ou de engenharia.

Numa série de estudos, os investigadores desenvolveram novos conhecimentos críticos sobre o titânio, incluindo receitas para produzir melhores ligas de titânio, bem como uma técnica de forjamento criogénico para produzir titânio de nível industrial – avanços que poderão, em última análise, levar a tecnologias mais rentáveis ​​e sustentáveis. fabricação.

Um desenho esquemático do processo criomecânico que resulta em titânio nanotwinado. (Ilustração de Andrew Minor)

É importante compreender que o custo do titânio não se deve à sua raridade. O titânio não é um metal precioso; em vez disso, é encontrado em quase todo o mundo, em rochas ígneas próximas à superfície. É o nono elemento mais abundante da Terra e o quarto metal mais abundante, e pode ser usado para fazer coisas em sua forma pura ou como liga.

Em vez disso, o que impulsiona o custo excessivo do titânio de qualidade comercial, explica Minor, é o complexo processo Kroll mais frequentemente usado para fabricar barras de titânio, lingotes e outras formas de metal que podem ser transformadas em peças utilizáveis ​​e outros produtos. O processo inclui o uso de materiais caros, como gás argônio, e consome muita energia, exigindo múltiplas fusões em temperaturas extremamente altas, especialmente para controlar impurezas de oxigênio.

Na verdade, o titânio e o oxigénio têm uma relação intrigante, que Minor, Asta, Chrzan, Morris e colegas queriam compreender melhor. A equipe sabia que uma impureza de oxigênio é frequentemente usada em ligas de titânio para aproveitar um potente efeito de fortalecimento. O titânio produzido com apenas um pequeno aumento na quantidade de oxigênio atômico pode resultar em um metal com um aumento de várias vezes na resistência.