Nanopartículas fazem grande diferença para alumínio “não soldável”

Embora muito disso esteja oculto, a soldagem é uma parte vital da sociedade. É a cola que une a estrutura dos carros que conduzimos, dos edifícios que ocupamos, dos eletrodomésticos que utilizamos e da maquinaria pesada que nos mantém avançando. Todos os anos, continua a busca incansável por materiais mais fortes e leves para agilizar a nossa jornada rumo ao futuro dos transportes e da exploração espacial.

Alguns desses materiais futuristas já existem há décadas, mas a tecnologia necessária para soldá-los ficou para trás. Um grupo de pesquisadores da Escola de Engenharia Samueli da UCLA descobriu recentemente a chave para desbloquear a soldabilidade da liga de alumínio 7075, desenvolvida na década de 1940. Ao adicionar nanopartículas de carboneto de titânio à mistura, eles conseguiram criar uma ligação que provou ser mais forte do que as próprias peças.

Em termos mais simples, a soldagem é definida como “a união de metais e plásticos sem o uso de fixadores”. O tipo mais comum é conhecido como soldagem por fusão, onde os metais originais são fundidos junto com uma chama ou eletrodo. A soldagem sem fusão inclui soldagem e brasagem. Nestes métodos, um terceiro metal é usado como enchimento para ajudar a unir as peças.

A soldagem remonta à Idade Média e os primeiros soldadores foram os ferreiros. Esses homens corajosos e cobertos de fuligem cortaram e uniram pedaços de ferro usando nada além de fogo, martelos e um poço profundo de paciência. A Revolução Industrial aumentou a demanda por soldagem em várias ordens de grandeza, porque grande parte do maquinário daquela época era feita por fundição de metal fundido. Isso deu origem a toda uma subindústria construída sobre um novo processo de soldagem fundida, que envolvia aquecer as peças quebradas, aparafusar um molde em torno delas e despejar metal fundido.

Quando a eletricidade chegou, no século 20, as hastes de arco de carbono usadas em luminárias geraram a ideia da soldagem a arco. A soldagem a arco funciona criando um circuito entre uma fonte de alimentação (o soldador a arco) e os metais a serem soldados. O fio terra é preso à peça de trabalho e o fio positivo vai para uma pinça com mola que segura um eletrodo de 12-14 ″. Esta haste consiste em um metal de adição correspondente, revestido com um material de fluxo que se transforma em gás quando aquecido. Este gás protege a peça de trabalho e o metal de adição das impurezas do ar enquanto o cordão é formado. A desvantagem é que ele também cria uma escória solidificada de sujeira que deve ser removida.

A soldagem com gás oxi-acetileno surgiu logo após a soldagem a arco, e a Primeira Guerra Mundial avançou em ambos os métodos. À medida que a indústria aeronáutica começou a decolar, a demanda por metais leves e duráveis ​​e as pessoas para soldá-los dispararam. Um novo estilo de soldagem conhecido como GTAW (soldagem a arco de gás tungstênio), Heli-Arc ou TIG (gás inerte de tungstênio) começou a ganhar popularidade. Embora difícil de dominar, a soldagem TIG oferece um controle mais preciso e excelentes resultados.

Muitos metais comumente soldados são ligas de vários metais diferentes. Isso ocorre porque os metais puros são muito moles (e valiosos) para as estruturas de carros e edifícios. O único problema é que os metais constituintes de algumas ligas não fundem bem. Quando aquecidos, os diferentes metais fluem de forma desigual e surgem fissuras ao longo da junta soldada. Este calcanhar de Aquiles torna inúteis uma série de ligas fortes e respeitáveis ​​para aplicações soldadas.

AA7075 é uma dessas ligas. Esta mistura de alumínio, zinco, magnésio e cobre com décadas de existência é extremamente forte, mas leve. É ideal para diversas aplicações, especialmente onde a eficiência de combustível e a conservação da bateria são valorizadas. O único problema é que o AA7075 é altamente suscetível a rachaduras quando soldado. Embora seja amplamente utilizado em fuselagens de aviões rebitadas, o AA7075 geralmente é considerado não soldável por qualquer meio.

Uma equipe de pesquisa da UCLA liderada pelo estudante Maximilian Sokoluk e pelo professor Xiaochun Li deu à liga um novo sopro de vida. Eles encontraram uma maneira de soldar TIG duas peças de AA7075 sem qualquer rachadura.