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ED 035

O corpo de prova que o ácido não conseguiu atacar

Harry Brearley procurava em Sheffield, em 1913, uma liga que não gastasse dentro do cano de canhão, e encontrou uma que não enferruja.

Sheffield, 1913: o corpo de prova de aço com cromo, com a face polida intacta ao lado das amostras enferrujadas.

Sheffield, 1913: o corpo de prova que não enferrujou

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Um corpo de prova de aço do tamanho de um dedo, com uma das faces lixada e polida até virar espelho. Ele saiu de um laboratório de Sheffield, na Inglaterra, em 1913, e o que ficou provado nele não constava de encomenda nenhuma.

A encomenda era outra. Fabricantes de armamento reclamavam do desgaste interno do cano: o gás quente e a passagem repetida do projétil comiam a superfície da alma, o calibre abria, a pontaria caía e a peça saía de serviço cedo demais. O laboratório de pesquisa mantido pelas siderúrgicas da cidade recebeu a tarefa de achar uma liga que aguentasse esse ataque por mais tempo.

O caminho escolhido foi o cromo. Fundir aço com teores altos desse metal, variar a proporção, temperar, cortar amostra, examinar a estrutura interna e comparar dureza com resistência ao calor era o trabalho de bancada da equipe, batelada após batelada, com o forno registrando cada corrida num caderno.

O exame da estrutura interna exigia um passo simples e agressivo. Para enxergar os grãos do metal no microscópio, a face polida da amostra precisa ser atacada por um ácido diluído, que corrói de forma desigual e revela o desenho por baixo. As amostras com muito cromo se recusaram a ser atacadas. O ácido escorria e a face continuava espelhada.

Uma segunda recusa apareceu ao lado da bancada. As sobras de corrida iam para um canto do laboratório, onde amostra de aço comum criava a crosta alaranjada de sempre em poucas semanas de umidade inglesa. As de cromo alto ficavam ali, lado a lado com as outras, e continuavam claras.

As duas recusas apontam para o mesmo lugar, e o lugar não fica no interior do metal. Alguma barreira na superfície daquela liga estava impedindo a química de entrar, tanto o ácido concentrado do laboratório quanto a umidade lenta do ar da cidade, e a propriedade valia mais no mercado que a resistência ao desgaste pedida na encomenda.

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I A invenção de hoje

A casca invisível que se refaz sozinha

O metal daquela corrida tinha cerca de 12,8% de cromo e 0,24% de carbono, e o resto era ferro. A proporção parece pequena para tanta diferença de comportamento, e o motivo está inteiro na superfície, não no volume.

O cromo tem afinidade forte com o oxigênio. Assim que a peça encontra o ar, os átomos de cromo da camada externa capturam oxigênio e formam um filme de óxido de cromo com poucos nanômetros de espessura, denso, aderente e sem os poros por onde a água e o oxigênio chegariam ao ferro embaixo.

A ferrugem comum faz o oposto. O óxido de ferro ocupa mais volume que o metal que o gerou, incha, descasca e expõe a camada seguinte, o que transforma a corrosão num processo que se alimenta sozinho até consumir a peça inteira.

O filme de cromo tem outra virtude, que é o que torna o material útil na prática: ele se refaz. Um risco de faca, uma amolação ou um arranhão removem o filme, e em segundos de contato com o ar o cromo exposto forma óxido novo no lugar. A proteção não está aplicada por fora, está na composição da liga inteira, e por isso o desgaste não a consome.

A diferença em relação ao que já existia estava justamente nesse ponto. Talher e utensílio da época ganhavam proteção por revestimento: uma camada de níquel, prata ou estanho depositada sobre a base de ferro. O revestimento tem espessura fixa, e a primeira falha na cobertura abre caminho para a corrosão embaixo dela, que avança escondida.

Três condições precisam ser respeitadas para o filme funcionar:

1. O teor de cromo dissolvido na matriz precisa passar de cerca de 10,5%, o limite abaixo do qual o filme sai descontínuo e o ferro fica exposto.

2. O ambiente precisa ter oxigênio disponível. A peça enterrada em fresta apertada, sem ar, ou submersa em líquido parado, perde a capacidade de se recompor.

3. O cloreto precisa ser evitado. O íon de cloro rompe o filme em pontos isolados e abre a corrosão por pite, um furo estreito e fundo que atravessa a chapa sem manchar o resto da superfície.

A liga de Sheffield era martensítica, quer dizer, aceitava têmpera e ganhava dureza no resfriamento rápido, o que a habilitava para lâmina cortante. O aço austenítico com níquel, o material das cubas e pias de hoje, veio de outra família, desenvolvida na Alemanha na mesma época, mais resistente à corrosão e sem essa capacidade de endurecer por têmpera.

O nome comercial carrega uma promessa maior do que o metal entrega. O material não é imune, mancha em contato prolongado com salmoura, sofre em água do mar e enferruja se a superfície ficar contaminada por partícula de aço comum. Ele resiste, não é invulnerável.

II Acidente ou projeto

O canto do laboratório onde as sobras esperavam

Harry Brearley nasceu em Sheffield, em 1871, filho de um fundidor de aço, e entrou na siderúrgica ainda menino, no serviço mais baixo do laboratório, lavando vidraria e recolhendo amostra. Estudou química à noite, por conta própria, e virou analista, depois químico-chefe.

Em 1908, duas empresas da cidade juntaram dinheiro para montar um laboratório de pesquisa comum, e ele foi escolhido para dirigi-lo. A função lhe deu forno, bancada, assistente e liberdade para escolher a linha de ataque de cada encomenda.

O problema do cano de canhão chegou como pedido de cliente, com prazo e finalidade militar. A resposta esperada era uma liga mais dura e mais estável no calor, capaz de aguentar a erosão por dentro, e o cromo entrou na receita por causa dessa expectativa, não por causa de ferrugem.

A observação que mudou o destino da liga aconteceu duas vezes, por caminhos independentes. Primeiro na bancada, com o ácido de ataque metalográfico que não marcava a face polida. Depois no canto onde as sobras se acumulavam, com as amostras claras entre amostras alaranjadas.

O julgamento entre acaso e projeto se resolve na segunda metade da história. Achar a propriedade foi acaso; Brearley não procurava resistência à ferrugem e ninguém lhe pediu isso. Reconhecer o que aquilo valia, mudar de alvo, levar a liga para a cutelaria e brigar por ela dentro da própria empresa foi trabalho deliberado, e é a parte que os antecessores não fizeram.

Antecessores existiam, e com dados publicados. O francês Léon Guillet descreveu em 1904 ligas de ferro e cromo com composição muito próxima da de Sheffield. O alemão Philipp Monnartz publicou em 1911 o estudo que ligava a resistência química ao teor mínimo de cromo e explicava a passividade da superfície. Elwood Haynes, nos Estados Unidos, trabalhava na mesma direção, e a Krupp patenteava a família com níquel.

O que faltou a todos eles foi aplicação. As ligas apareceram como curiosidade de laboratório, descritas em artigo técnico, sem produto que justificasse a fabricação, e ficaram no papel.

Brearley foi atrás do uso mais óbvio da cidade onde morava. Sheffield vivia de cutelaria, e a faca de mesa era o objeto que mais sofria com corrosão no cotidiano. Ele levou a liga para Ernest Stuart, gerente de uma das cutelarias locais, que aceitou trabalhar a barra, temperou, esmerilhou e conseguiu lâmina afiada.

Foi Stuart quem deu o nome que pegou. Brearley chamava o material de aço sem ferrugem, uma descrição seca; a cutelaria preferiu a palavra que virou marca comercial e depois virou categoria de material no mundo inteiro.

A patente britânica emperrou, e a proteção saiu nos Estados Unidos em 1915, com a fundação de um consórcio para licenciar o processo. Brearley brigou com a antiga empregadora por royalties, saiu, foi trabalhar em outra siderúrgica da região e voltou anos depois como diretor do consórcio que explorava a própria invenção.

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III O problema que ela resolveu

A faca que manchava no molho

O problema: a faca de mesa de aço carbono escurecia em contato com vinagre, limão, ovo e molho, e ainda passava gosto metálico para a comida. Depois de cada refeição, a lâmina precisava ser esfregada com abrasivo e seca na hora, sob pena de aparecer mancha na manhã seguinte.

A troca: o novo aço abriu mão de fio tão duradouro quanto o do aço carbono, ficou mais caro de fundir e mais difícil de trabalhar na esmerilhadeira, e devolveu uma lâmina que atravessa o almoço ácido, a lavagem e a gaveta úmida sem manchar nem passar sabor.

O que mudou: o cuidado diário com o metal saiu da rotina da casa. A limpeza da faca deixou de ser tarefa separada, com pó abrasivo e pano próprio, e virou o mesmo gesto de lavar qualquer outro utensílio.

A cozinha da época dependia desse trabalho manual. Casas grandes usavam máquina de limpar faca, um cilindro de madeira com discos de feltro e pó abrasivo por dentro, girado à manivela, que existia com uma finalidade única: tirar a mancha das lâminas todos os dias. O equipamento saiu de circulação quando a lâmina parou de manchar.

A cirurgia adotou o material logo depois. Instrumento cirúrgico precisa aguentar fervura, vapor sob pressão e contato com sangue e soro fisiológico sem criar fresta de ferrugem onde bactéria se aloja, e a superfície que se recompõe sozinha resolveu a esterilização repetida.

A indústria de alimentos veio na sequência, pelo mesmo motivo. Tanque de leite, tina de cervejaria, mesa de corte de frigorífico e tubulação de laticínio trocaram o cobre estanhado e a madeira por chapa lisa e lavável, que suporta soda cáustica e ácido de limpeza sem soltar partícula no produto.

A construção e a energia usaram outras propriedades da mesma família. Palheta de turbina a vapor, eixo de bomba, revestimento de fachada e tanque químico exploram a resistência ao calor e ao ataque químico, e a partir dos anos 1920 as ligas se dividiram em famílias com níquel, molibdênio e titânio para cada ambiente específico.

O aço permaneceu caro por décadas, o que empurrou o uso doméstico para o talher e a pia e deixou o resto da cozinha em ferro esmaltado e alumínio. A queda de preço veio com o processo de refino por sopro de oxigênio e argônio, na segunda metade do século, que barateou o ajuste fino do carbono e do cromo no forno.

O corpo de prova largado no canto do laboratório de Sheffield continua com a face espelhada por um motivo simples: o ácido que deveria revelar seus grãos nunca chegou ao ferro, parado por uma casca de óxido de cromo mais fina que um fio de cabelo, que se reconstrói cada vez que alguém a arranca.

"Que resultado inesperado do seu trabalho você registrou como falha, sem perguntar para que ele serviria em outro mercado?"