Um novo tempo para o titânio

Um novo tempo para o titânio

O futuro da carne

No horizonte

Nota do reitor: Parceiros públicos em inovação

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

O tempo apenas poliu o brilho do titânio. "Sou um cientista de materiais, então as pessoas às vezes 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 quer o material mais forte com o menor peso, é titânio. Se pudéssemos, faríamos tudo de titânio".

De fato, para projetistas industriais, a perspectiva de carros, caminhões e aviões fortes, leves e altamente econômicos, por exemplo, ou navios de carga super resistentes à corrosão, o titânio deve ser o material dos sonhos.

O problema? "É muito caro", diz Minor sobre 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 fabricação do titânio é cerca de seis vezes maior que o do aço inoxidável. Como resultado, seus usos permaneceram limitados a peças especiais para 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 de um metal de ser estirado ou deformado sem fraturar.

Agora, após uma década de pesquisa, uma nova era para o titânio, incluindo aplicações de engenharia amplamente 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 cutucado o titânio de várias maneiras, na esperança de expandir seu uso prático para uma variedade de aplicações estruturais ou de engenharia.

Em uma série de estudos, os pesquisadores desenvolveram novos insights críticos sobre o titânio, incluindo receitas para fazer melhores ligas de titânio, bem como uma técnica crio-forjada para fazer titânio de nível industrial - avanços que podem levar a produtos mais econômicos e sustentáveis. fabricação.

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

É importante entender 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 perto da 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 uma liga.

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

De fato, o titânio e o oxigênio têm uma relação intrigante, que Minor, Asta, Chrzan, Morris e seus colegas queriam entender melhor. A equipe sabia que uma impureza de oxigênio é frequentemente usada para ligas de titânio para aproveitar um potente efeito de fortalecimento. O titânio feito com apenas um pequeno aumento na quantidade de oxigênio atômico pode resultar em um metal com um aumento de várias vezes na força.