Análise de Dureza e Oxidação Isotérmica em Ligas de Alta Entropia no sistema Fe-Cr-Ni-Co-Si-Al e Fe-Mn-Al-Ni-C com a adição de Nióbio

• Processo: 25/12651-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Marcelo Falcão de Oliveira
• Beneficiário: Gabriel Kauan Bianchi de Almeida Leal
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Aço inoxidável Ligas de alta entropia Nióbio Oxidação Caracterização estrutural
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aço Inoxidável | Ligas de Alta Entropia | Niobio | Oxidação | Resistência específica | Caracterização de Materiais

Resumo

As ligas de alta entropia (High Entropy Alloys - HEAs) têm se consolidado como uma promissora classe de materiais metálicos capazes de reunir propriedades avançadas, como alta resistência mecânica, boa ductilidade, estabilidade térmica e excelente desempenho frente à corrosão e à oxidação. Ao contrário das ligas convencionais, que são baseadas em um elemento principal com adições menores de outros elementos, as HEAs exploram a mistura de múltiplos elementos em proporções semelhantes, gerando soluções sólidas estáveis devido à elevada entropia configuracional.Dentre as famílias mais estudadas de HEAs, destacam-se os sistemas Fe-Cr-Ni-Co-Si-Al e Fe-Mn-Al-Ni-C. O primeiro, de caráter mais inoxidável, apresenta bom desempenho em ambientes oxidantes e corrosivos. Já o segundo, por sua vez, é marcado por elevada resistência específica (relação entre resistência mecânica e densidade), sendo interessante para aplicações estruturais que demandam materiais mais leves, como nas indústrias automotiva e aeroespacial.Neste contexto, o presente projeto propõe investigar a influência da adição de nióbio (Nb) em ligas baseadas nos sistemas mencionados, considerando o potencial desse elemento em melhorar propriedades mecânicas e resistência à oxidação, além de sua grande abundância no Brasil. O nióbio pode atuar como agente de endurecimento por solução sólida ou precipitação, além de formar óxidos protetores que favorecem a durabilidade em condições severas de operação.O estudo será conduzido por meio da síntese de ligas modelares por fusão a arco, com subsequente caracterização em diferentes composições contendo Nb em teores crescentes. As ligas de referência serão a (Fe33.5Cr26Ni25Co10Si3Al2.5)100-xNbx e a (Fe48Mn26Al16Ni5C5)1-yNby, com x e y variando entre 0 e 9 at.%. A caracterização envolverá ensaios de microdureza Vickers, análises de densidade pelo método de Arquimedes, estudos de oxidação isotérmica a 600°C e 900°C por 20 e 100 horas, e análises complementares de microestrutura via difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV).Além de mapear os efeitos do Nb sobre a dureza e o comportamento oxidativo das ligas, este projeto também utiliza critérios de projeto de ligas baseados em entropia configuracional, concentração de elétrons de valência (VEC) e energia de deformação elástica, de modo a favorecer a formação de soluções sólidas estáveis com propriedades otimizadas. Como resultado, espera-se selecionar composições mais eficientes e viáveis do ponto de vista tecnológico, contribuindo para o avanço do conhecimento sobre HEAs e para o uso estratégico do nióbio como elemento de liga em materiais de engenharia de alto desempenho.