Pesquisadores da Universidade de Tennessee (Estados Unidos), em colaboração com o Laboratório de Análise Microestrutural de Materiais da Universidade Paris-Saclay (França) e apoio da KLA Instruments (Estados Unidos), caracterizaram as propriedades mecânicas superficiais e de subsuperfície da liga Fe₁₄Cr submetida à irradiação iônica. O estudo utilizou a técnica de nanoidentação dinâmica, com o uso do nanoindentador iMicro, que mede continuamente o módulo de elasticidade (Young) e a dureza Vickers nos metais em profundidades submicrométricas.

 

O ensaio foi realizado no laboratório da Universidade de Michigan (Estados Unidos), onde as amostras foram expostas a um feixe de íons, em uma simulação que gerou uma camada danificada de aproximadamente 2 µm. O objetivo do trabalho foi mapear com precisão o endurecimento induzido por radiação em materiais estruturais de alta pureza destinados a ambientes operacionais severos.

 

O processo de preparação das superfícies incluiu o tratamento térmico da liga a 850 °C por uma hora, seguido de polimento mecânico. Nos ensaios de nanoidentação, foram executadas 25 impressões tanto na amostra de controle quanto na irradiada, atingindo profundidade máxima de penetração de 1.000 nm sob taxa de deformação de 0,05/s. O cálculo da profundidade de contato considerou a profundidade total de penetração, premissa adequada para ligas metálicas que não apresentam afundamento periférico (sink-in) ao redor da marca do indentador.

 

Os resultados demonstraram que o módulo de elasticidade permaneceu estável em 200 GPa desde a profundidade de 40 nm até 1.000 nm, comprovando que a exposição à radiação não altera as propriedades elásticas do material. No entanto, o perfil de dureza Vickers revelou um incremento de até 25% na região próxima à superfície da amostra irradiada em relação ao material de controle, atingindo a variação máxima na profundidade de penetração de 100 nm.

O gradiente de dureza observado na amostra de controle foi associado ao tamanho da indentação e do encruamento gerado durante o polimento inicial. O experimento comprovou que a caracterização contínua por nanoidentação dinâmica é uma ferramenta indispensável no controle de qualidade e no desenvolvimento de ligas metálicas resistentes ao dano por radiação.

Imagem: KLA

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