Se você juntar duas placas de metal na Terra, nada acontecerá. Mas se você mover essas mesmas placas para o vácuo do espaço, elas poderão se fundir em um único metal.
Este fenômeno, chamado soldagem a frio, tem sido um perigo familiar para os engenheiros de espaçonaves. Então, o que está realmente acontecendo no nível atômico e por que o espaço torna isso tão fácil?
A resposta se resume à falta de oxigênio no espaço, disseram especialistas ao Live Science.
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(Crédito da imagem: Marilyn Perkins/Futuro)
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Os metais são feitos de treliça – a estrutura onde o átomo vinculados um ao outro. Mas os átomos próximos à superfície do metal não se ligam a nada externo. Se tiverem oportunidade, eles “estenderão a mão” e compartilharão elétrons com a superfície de outro metal.
Mas na Terra, quase todas as superfícies metálicas são revestidas camada de óxido. A camada tem apenas alguns átomos de espessura e se forma quando o metal se combina com o oxigênio. “Assim que o óxido se formar, acabou” Júlia Greerum cientista de materiais da Caltech, disse ao Live Science. “Então não poderá mais ser soldado a frio, porque o oxigênio essencialmente desativa essas ligações”.
Esse óxido fino atua como um envoltório isolante. Sem ele, os elétrons livres na superfície de uma peça metálica deixam de identificar a quais átomos pertencem. “Esses elétrons não sabem se está nesta peça ou naquela peça, então eles começam a compartilhar elétrons e basicamente soldar aquela coisa fria.” Sven Billenum professor de projeto de engenharia e engenharia aeroespacial na Penn State, disse ao Live Science.
No espaço, uma vez eliminada esta camada, não há oxigênio para regenerar. O frio e a radiação pioram as coisas. O bombardeio da radiação solar e iônica em órbita pode limpar superfícies metálicas, disse Greer, deixando átomos recém-expostos presos em ligações. “Tudo no espaço é adequado para soldagem a frio”, disse ele.
As superfícies metálicas nunca são perfeitamente lisas. Em um nível microscópico, eles são irregulares – mais parecidos com pequenas cadeias de montanhas do que com planícies planas, disse ele. Zachary CorderoEngenheiro aeroespacial do MIT.
Pressionar duas superfícies uma contra a outra, especialmente com qualquer deslizamento ou vibração, pode lascar a camada de óxido que se formou enquanto o metal estava no solo e achatar esses picos no contato metal com metal. “Você está quebrando o óxido da superfície e criando ligações metálicas”, disse Cordero.
Por que a fundição a frio preocupou os primeiros engenheiros espaciais
A soldagem a frio sempre foi um problema no espaço. “A soldagem a frio pode fazer com que as coisas grudem no lugar”, disse Cordero ao WordsSideKick.com. “Se você tem uma estrutura implantável e há soldagem a frio, você pode congelar o processo, ou uma porta pode travar, ou algo pode ficar imóvel, o que você não quer”.
Por exemplo, digamos que você queira adicionar um parafuso de metal a uma porta de metal. Depois de um tempo, você não conseguirá abri-lo porque ele se tornou parte da porta.
Billen apontou Sonda Galileo da NASAlançado em 1989: acredita-se que a perda de lubrificante durante o lançamento e as vibrações do lançamento tenham removido a camada de óxido de partes de sua antena enrolada de alto ganho. Quando os engenheiros tentam implantar Antena em 1991Não está totalmente aberto.
Uma imagem da sonda Galileo da NASA, com a sua antena de alto ganho não totalmente implantada durante a sua viagem a Júpiter. As falhas são amplamente atribuídas à soldagem a frio.
(Crédito da foto: Mark Garlick/Science Photo Library via Getty Images)
Alguns metais são mais problemáticos que outros. o ouro E a platina não forma uma camada de óxido, mesmo na terra, o que a torna notoriamente propensa à soldagem a frio. “O ouro é definitivamente um metal muito conhecido para fundição a frio”, disse Greer, observando que a suavidade do ouro permite que ele se adapte facilmente a qualquer superfície em que toca, e se liga com mais facilidade.
Como evitar soldagem a frio no espaço
Para evitar que o material se funda acidentalmente em órbita, os engenheiros contam com alguns truques. é um anodizaçãoUm processo que fixa uma camada de óxido artificial em uma superfície metálica. Outro método é revestir as partes móveis com um lubrificante seco, como dissulfeto de molibdênio, para evitar que as superfícies se toquem fisicamente.
Uma terceira técnica é emparelhar metais diferentes – por exemplo, ouro próximo a um metal “centrado no corpo” como o molibdênio – de modo que suas estruturas atômicas não se encaixem perfeitamente. “A ordem de embalagem deles não está perfeitamente alinhada e, portanto, haverá um tipo de obstáculo muito mais forte a ser superado”, disse Greer.
Antes do lançamento, o hardware também é agitado em uma mesa vibratória e submetido a oscilações extremas de calor e frio dentro de uma câmara de vácuo, simulando a decolagem e pressões orbitais para detectar problemas no solo.
Mesmo com todas essas precauções, a soldagem a frio ainda pode ocorrer. Billen se lembrou da câmara de vácuo de seu próprio laboratório fundindo parafusos depois de atravessar o campus. Eles eventualmente tiveram que perfurar. “Isso também acontece na Terra”, disse ele.
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