Estrutura, processamento e propriedade de ligas multicomponentes avançadas para as aplicações biomédicas e armazenagem de energia

• Processo: 22/03024-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Inicial
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2028
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Ricardo Floriano
• Beneficiário: Ricardo Floriano
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências Aplicadas (FCA). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Limeira , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Alessandra Cremasco ; Augusto Ducati Luchessi ; Guilherme Zepon ; Rodrigo José Contieri ; Santiago José Alejandro Figueroa
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/13459-6 - Estudo do Comportamento da Corrosão e da Biocompatibilidade de Ligas Multicomponentes do sistema Ti-Zr-Nb-Ta-Fe Hf1-xMox para as Aplicações como Biomaterial, BP.MS; 23/07884-3 - Processamento e caracterização das propriedades mecânicas e da biocompatibilidade de ligas multicomponentes dos sistemas (TiZrNbTa)90Cu10-xAgx e(TiZrNbMo)90Cu10-xAgx (para X = 0, 2.5, 5.0, 7.5 and 10 at%) produzidas para as aplicações biomédicas., BP.DR; 23/09126-9 - Design, Síntese e Caracterização das Propriedades de Armazenamento de Hidrogênio em Ligas Multicomponentes do Sistema TiZrNbCrNiCo e TiZrVFeNi, BP.MS; 23/02216-2 - Estudos dos Mecanismos da Reação Metal-Hidrogênio em Ligas Multicomponentes para a Armazenagem de Hidrogênio em Estado Sólido: Aplicações da difração de raios-X in-situ, BP.DR
• Assunto(s): Ligas de múltiplos elementos principais Biomateriais Hidretos metálicos Propriedades mecânicas Armazenamento de hidrogênio Teste de biocompatibilidade Biomedicina
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: armazenagem de hidrogênio | biocompatibilidade | Biomateriais | Hidretos metálicos | ligas multicomponentes | Propriedades mecânicas | Ligas Multicomponentes

Resumo

As ligas multicomponentes e/ou ligas de alta entropia vêm despertando muita atenção devido ao seu notável conjunto de propriedades funcionais atrativas. Essas ligas podem apresentar desde excelentes propriedades mecânicas e de corrosão além de elevada biocompatibilidade para a aplicação como um biomaterial, ou até mesmo, exibir propriedades de armazenagem de hidrogênio competitivas para a aplicação como um hidreto metálico de elevada capacidade gravimétrica operando em temperatura ambiente. Tal constatação deve-se principalmente ao vasto campo composicional existente em ligas multicomponentes, uma vez que, tais propriedades são extremamente sensíveis as alterações composicionais, e, portanto, torna-se possível encontrar ligas com propriedades otimizadas para cada umas dessas aplicações. Esta proposta de pesquisa visa investigar a estrutura, processamento e propriedades de novas ligas multicomponentes para as aplicações avançadas como biomaterial e como hidreto metálico. Para as aplicações como biomaterial, o interesse está na busca por ligas multicomponentes com configuração monofásica de estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) pertencentes aos sistemas ainda não explorados na literatura: (TiZrNbTa)1-XSnX e (TiZrNbMo)1-XSnX, para X = 0, 0.1, 0.15 e 0.2 at%. Já para as aplicações como hidreto metálico busca-se ligas multicomponentes com configuração monofásica que resultem na formação da fase de laves C14 pertencentes aos sistemas: AB, AB2, A1,5B e AB1,2 (onde A representa os elementos com maior afinidade de absorver o hidrogênio, como: Ti, Zr, Nb e V; enquanto B representa os elementos com baixa afinidade com o hidrogênio, como: Fe, Cr, Mn, Ni, Co). Para cada aplicação específica, as ligas multicomponentes serão devidamente selecionadas com base em cálculos termodinâmicos de parâmetros empíricos e por simulação termodinâmica por meio do método CALPHAD (Software Thermocalc) e posteriormente preparadas em forno de fusão a arco em atmosfera controlada. Após a preparação, busca-se investigar os efeitos nas propriedades mecânicas, biocompatibilidade e nas propriedades de armazenagem de hidrogênio decorrentes das alterações microestruturais causadas pelo emprego de dois tipos de processamento: i) tratamentos térmicos em temperatura controlada; ii) deformação plástica severa com o uso da técnica HPT (High-Pressure Torsion). Por fim, espera-se que este projeto de pesquisa contribua com o aumento do uso de ligas multicomponentes em aplicações como biomaterial e como hidreto metálico em diversos setores industriais, e em especial, possibilite a formação de recursos humanos capazes de promover o avanço da ciência em tecnologias disruptivas, como as ligas multicomponentes. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

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EDALATI, PAYAM; CREMASCO, ALESSANDRA; EDALATI, KAVEH; FLORIANO, RICARDO. High corrosion resistance of nanograined and nanotwinned Al_0.1CoCrFeNi high-entropy alloy processed by high-pressure torsion. INTERMETALLICS, v. 172, p. 11-pg., 2024-06-08. (22/03024-7, 23/07884-3)

ANDRADE, GASPAR; HUOT, JACQUES; FLORIANO, RICARDO. Microstructural evolution and hydrogen storage performance of TiZrHfVNb1-xCux (for X=0, 0.6, 0.8 and 1) high-entropy alloys. Materials Chemistry and Physics, v. 343, p. 10-pg., 2025-10-01. (22/03024-7)

EDALATIA, PAYAM; ANDRADE, GASPAR; STROZI, RENACO B.; DANGWAL, SHIVAM; EDALATI, KAVEH; FLORIANO, RICARDO. Room temperature hydrogen storage properties of Ti-Zr-Mn-Fe-Co high-entropy alloys designed by semi-empirical descriptors , thermodynamic calculations and machine learning. Journal of Alloys and Compounds, v. 1022, p. 10-pg., 2025-04-10. (23/07884-3, 22/03024-7)

NGUYEN, THANH TAM; EDALATI, PAYAM; DANGWAL, SHIVAM; PEREIRA, KARINA DANIELLE; CREMASCO, ALESSANDRA; FLORIANO, RICARDO; LUCHESSI, AUGUSTO DUCATI; EDALATI, KAVEH. Boosting biocompatibility and mechanical property evolution in a high-entropy alloy via nanostructure engineering and phase transformations. Journal of Alloys and Compounds, v. 1035, p. 12-pg., 2025-07-05. (22/03024-7, 23/07884-3)