Ames Lab desenvolve atomizador a 3 400 °C para materiais de fusão

A nova instalação do Ames Lab funde apenas um pequeno volume de metal de cada vez, no interior de um cadinho de cobre refrigerado a água. Os investigadores estão a desenvolver um atomizador de pós de metais refratários — equipamento que transforma matéria-prima fundida em pó — para materiais que têm de suportar ambientes extremos, incluindo sistemas de energia de fusão e turbinas a gás. Pode processar materiais a até 3 400 °C e produzir até um quilograma por minuto.

A necessidade é tanto industrial como científica. Os metais em pó permitem fabricar com precisão componentes complexos e ligas especializadas que os métodos tradicionais têm dificuldade em produzir. As equipas que trabalham em novas ligas de alta temperatura enfrentavam esperas de mais de um ano por pó suficiente para testar as suas ideias, segundo o cientista do Ames Lab Jordan Tiarks. O novo sistema destina-se a fornecer as quantidades necessárias para o desenvolvimento, os testes e o aumento da produção.

O seu mecanismo central é um processo de plasma de arco transferido. Em vez de depender de um elétrodo especialmente fabricado, o plasma de alta energia funde localmente a matéria-prima antes da atomização; a entrada pode ser constituída por barras ou pedaços, desde que a sua composição seja consistente. A camada exterior congela junto ao cobre refrigerado, formando uma fina «skull» protetora que separa o material fundido do cadinho. Manter apenas um pequeno volume fundido a qualquer momento também limita o tempo que o material passa a alta temperatura, o que, segundo Tiarks, ajuda a manter a pureza e a controlar a reatividade.

O sistema amplia a capacidade do Ames Lab para trabalhar com metais refratários, mas não é a opção mais eficiente para todas as ligas. Os atomizadores de indução e de acoplamento próximo existentes processam ligas convencionais a temperaturas mais baixas e podem atingir um rendimento de 50 %–60 % no intervalo de tamanho ideal das partículas. Para ligas de alta temperatura, o atomizador de metais refratários atinge normalmente 10 %–20 % nesse intervalo.

Concretamente, os investigadores que desenvolvem materiais para a energia de fusão ou ligas de turbinas capazes de suportar temperaturas mais elevadas poderão utilizar o equipamento para produzir pó suficiente para testes repetidos e para aumentar a produção, em vez de esperarem um ano ou mais pelos fornecimentos. A mudança imediata é o acesso a um material de investigação difícil de obter: o anúncio descreve uma ferramenta para acelerar o desenvolvimento de materiais e a sua adoção pela indústria, não uma máquina de fusão nem um componente de turbina já em serviço.