Imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura são formadas a partir da interação de um feixe de elétrons com o material objeto da observação e análise. Elétrons secundários (SE- sigla do inglês: Secondary Electrons) e elétrons retroespalhados (BSE- sigla do inglês: Backscattering Electrons), oriundos desta interação, são os responsáveis pela formação da imagem[1]. Os níveis de cinza que compões uma imagem de microscopia eletrônica trazem informações sobre a topografia da superfície ou sobre a variação composicional da amostra, conforme exemplifica a Fig.1. As imagens (a) e (b) da Fig.1 foram obtidas em uma mesma área de uma amostra de aço, com os detectores SE e BSE respectivamente. O caráter rugoso da superfície da amostra é ressaltado na imagem (a) e, as inclusões (pontos pretos) contrastadas pela diferença entre o número atômico da inclusão e dos componentes da matriz, na imagem (b).

Devido ao tipo diferenciado de contraste entre as imagens geradas por cada um dos detectores SE e BSE, é possível observar detalhes em macrografias reveladas com reativo de iodo. O reativo de iodo é um ataque bem conhecido pelos metalógrafos, muito utilizado para contrastar linhas de caldeamento, segregações, áreas cementadas e temperadas, regiões de solda, porosidades e vazios. Para preparar o reagente deve-se misturar 10g de iodo sublimado, 20g de iodeto de potássio em 100 ml de água destilada[2]. A superfície a ser observada deve ser plana, preparada com a seqüência convencional de lixas utilizadas em metalografia, até a granulométrica 600. Na sequência, a amostra deve ser colocada em contato com o reagente por 3 a 10 min, agita-se a amostra sobre o líquido e de tempo em tempo observa-se o ataque, limpando a superfície com algodão, até que a mesma apresente o contraste adequado.

A macrografia é um ramo da metalografia onde as observações e as imagens são realizadas em tamanho natural. Como exemplo, a Fig. 2 mostra a imagem de um corte transversal de um cordão de solda obtida com uma câmera digital de 5 mega pixels, com zoom óptico de 4X, fixa em uma haste, com iluminação lateral realizada por dois spots halogênios, após ataque com reagente de iodo. Observam-se os passes da solda (B), a zona afetada pelo calor (A) e as linhas de conformação (C) do metal base [3].

Na Fig.3 são apresentadas detalhes da imagem da Fig. 2 obtidas com o MEV. O melhor contraste observado na imagem adquirida por BSE (a) e (c) em relação as obtidas no modo SE (b) e (d) tem origem no processo corrosivo do reagente aliado ao depósito de iodo formado durante o ataque químico.

Os exemplos apresentados dão uma idéia de como a análise metalográfica, realizada de maneira adequada, aliada a microscopia eletrônica de varredura, pode ser uma poderosa ferramenta na investigação de materiais e processos, assim como, a origem de defeitos e alterações.

Referências

[1] Dedavid, B.A.; Machado, G. Gomes, C.I. Microscopia Eletrônica de Varredura: aplicações e preparação de amostras, EDIPUCRS, 2007. Disponível em: http://www.pucrs.br/edpucrs/online/microscopia.pdf;
[2]Colpaert, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns, Edgar Blucher, 2ª. Edição, 1959;
[3] Boyer, H. E.; Gall, T.L. Metals handbook: desk edition, American Society for Metals, 1995

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A origem mineral dos metais atraiu a atenção do Dr. Sorby que passou a utilizar as mesmas técnicas desenvolvidas por ele, para a preparação e observação de amostras geológicas, para observação de amostras metálicas ao microscópio. Estas técnicas até hoje são empregadas na preparação de superfícies para a caracterização metalográfica de metais e ligas metálicas. Além disso, o pesquisador propôs alguns métodos e reagentes químicos para destacar fases e precipitados em aços e ferros fundidos que estabeleceram a base da metalografia como tal.

Procedimentos semelhantes foram utilizados pelo Prof. Martens inicialmente, para investigar falhas em estruturas e peças metálicas, aparentemente sem nenhum conhecimento do trabalho de Sorby. Porém, no caso do Eng. Martens, seu maior mérito foi o de estabelecer relações científicas, comprovadas experimentalmente, entre as propriedades mecânicas e a microestrutura dos metais.

Em seu primeiro artigo, publicado em 1878 na revista do Royal Prussian Materials Testing Institute, da qual foi redator, Prof. Martens destaca aspectos metalográficos de uma superfície de clivagem em ferro fundido, sugerindo que a dureza e a fragilidade do material se relacionavam com a microestrutura apresentada pelo mesmo. Por isso, além do título de pioneiro da metalurgia física, Dr. Martens compõe a lista dos precursores da ciência dos materiais.

No artigo publicado em 1880, no Journal of VDI (Verein Deutscher Ingenieure), Prof. Martens descreveu um sistema de iluminação oblíqua que adaptado ao microscópio permitia a impressão direta de filmes fotográficos. Com isso, o registo de uma observação micrográfica podia ser realizado de maneira bem mais rápida do que o utilizado até então, o que facilitou a publicação de trabalhos técnicos e científicos. Naquela época, o registro metalográfico exigia do metalógrafo a capacidade de desenhar, contabilizando, muitas vezes, horas e horas ao microscópico. Além do microscópio com a câmera fotográfica (câmera escura), outros equipamentos utilizados para caracterização de materiais, como o durômetro e a máquina de tração, também tiveram a contribuição do engenheiro. Por isso, merecidamente a fase oriunda da transformação da austenita, que geralmente ocorre durante a têmpera nos aços, recebe o nome de martensita, derivada do nome Martens, em reconhecimento de suas realizações.

A martensita (Fig. 1) é formada quase que instantaneamente na têmpera. O aspecto agulhado da microestrutura está relacionado com a inércia da rede (CFC) cúbica de face centrada da austentita em rearranjar-se na rede (CCC) cúbica de corpo centrado da ferrita, devido às altas taxas de resfriamento envolvidas neste tratamento térmico. Durante a têmpera, a estrutura CFC não consegue transformar-se na estrutura CCC, pois os átomos de carbono nos interstícios da CFC impedem o arranjo. Em virtude disto, a estrutura CFC não consegue se ajustar, então, seus planos cisalham para comportar o carbono, formando a rede tetragonal de corpo centrado (TCC) da martensita. As agulhas de martensita observadas ao microscópio correspondem exatamente às linhas formadas pelos planos cisalhados [3].

Na fase martensita, todo o carbono permanece em solução sólida, dificultando o escorregamento dos planos quando o material é tensionado, por isso, é bastante dura e frágil, na verdade a martensita é a fase mais dura possível de se obter em um aço carbono.

Para ajustar à dureza e outras propriedades do aço temperado de acordo com as necessidades e aplicações de serviço, é realizado o revenido. Neste tratamento térmico, com o aquecimento, a rede TCC retorna a sua jornada transformando-se CCC (ferrita) + cementita, conforme ilustra a Fig.2.

O revenido deve ser aplicado quase que imediatamente após a têmpera. As tensões residuais internas, geradas durante a transformação da fase austenita em martensita poderão forçar o material a uma acomodação, possivelmente gerando microtrincas que, por sua vez, comprometerão as propriedades mecânicas do aço. O revenido será o responsável pelas alterações da microestrutura a partir da fase martensita. Dependendo da temperatura em que se processa, as modificações microestruturais podem ser tão intensas que determinados aços podem adquirir as melhores condições de usinabilidade.

O revenimento realizado em temperaturas amenas produz uma microestrutura, que apesar de conservar seu aspecto agulhado, será formada de ferrita envolta com partículas submicroscópica de carboneto de ferro, denominada de martensita revenida. Neste caso, os carbonetos não podem ser observados ao microscópio óptico, porém, as agulhas se apresentaram escurecidas devido ao acúmulo de carbono em seu entorno.

Para temperaturas de revenido mais elevadas, no caso do aço da Fig. 3, observa-se que a microestrutura perde ser aspecto agulhado e pequenos pontos escuros, esferinhas de cementita, já podem ser observadas. Esta microestrutura é denominada de sorbita, derivada do sobrenome Sorby. Estas esferas de carboneto aumentam de tamanho com o aumento da temperatura utilizada no revenido, podendo chegar a uma microestrutura denominada de esferoidita, formada somente de carbonetos globulares sobre uma matriz ferrítica.

Cabe destacar que a esferoidita produzida durante o revenido não é a mesma formada durante o recozimento para esferoidização. A homogeneidade dos esferóides e, em particular o tempo para o tratamento, é determinado principalmente pela microestrutura original. Os esferóides de carbonetos que se encontram mais homogeneamente distribuídos são aquele esferoidizado a partir da estrutura martensítica. Portanto, a resistência ao impacto fornecida pelos carbonetos formado a partir da martensita é bem maior do que os fornecidos a partir no recozimento [4].

É inegável a contribuição dos dois pesquisadores, Sorby e Martens, para o entendimento do comportamento dos materiais metálicos frente a várias situações. Sendo que, neste contexto, a metalografia se distingue como a ferramenta mais adequada para explicar tal comportamento.

Referências

[1] Valerie Clinging, The Sorby Natural History Society, Sheffield. Acessado em dezembro 2012 em http://www.sorby.org.uk/hcsorby.shtml;
[2] Emil Heyn, Handbook of Materials Technology for Mechanical Engineering Part II. The technically most important properties of metals and alloys. Edited by Adolf Martens Berlin: Julius Springer, 1912;
[3] BHADESHIA, H.K.D.H.; HONEYCOMBE, R.; Steel microstructure and properties, Third edition, Elsevier Ltda., 2006;
[4] ASM Metals HandBook; Casting. American Society for Metal. United States, V.15, 1998.

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Após a extração da amostra, é necessário preparar a superfície para deixá-la plana, polida e/ou atacada quimicamente com o reagente indicado para a investigação desejada. A microscopia óptica requer uma preparação bem mais rigorosa da superfície do que a microscopia eletrônica. Isso porque a profundidade de foco alcançada por um microscópio ótico típico (MO) é bem menor do que a fornecida em um microscópio eletrônico de varredura (MEV). A profundidade de foco em um MO convencional é de 0,27 µm para uma ampliação de 103 vezes, enquanto para um MEV típico pode-se obter a profundidade de foco de 0,4 µm para uma ampliação de 105 vezes [3].

A Figura 1 ilustra duas situações que normalmente podem ocorrer durante a preparação de uma amostra na micrografia. Observa-se que ambas as superfícies apresentam desníveis com profundidades não compatíveis com a formação de uma imagem em foco, no aumento de 1000 vezes, em um MO. No caso 1A, a superfície apresenta sulcos e vales cuja profundidade ultrapassa 0,27 µm. No caso 1B, a superfície mostra-se abaulada, apresentando desnível inapropriado para o aumento de 1000 vezes. O abaulamento da superfície, riscos e vales são comuns em amostras preparadas sem o devido cuidado e geralmente ocorrem durante as operações de lixamento. O microscópio eletrônico de varredura oferece uma grande vantagem em relação aos microscópios ópticos convencionais quanto à magnificação e a profundidade de foco, pois permite observações em foco em superfícies não planas. Fraturas, porosidades, trincas, filmes, produtos de corrosão, defeitos atribuídos aos processos de fabricação utilizados muitas vezes necessitam ser avaliados em amostras “como obtidas”, que dificilmente são planas [2].

Amostras muito pequenas que necessitam passar por lixamento, polimento e/ou ataques químicos seletivos para revelar o que se deseja investigar, terão que ser necessariamente incluídas em resinas para facilitar seu manuseio. A baquelite é uma resina fenólica muito utilizada para o embutimento “a quente” de amostras metalográficas. A resina é um polímero termofixo obtida pela polimerização do fenol (C6H5OH) e do formaldeído (H2C=O) que possui uma notável resistência mecânica e química, além de custo reduzido quando comparada a outras resinas recomendadas para a metalografia [1]. A baquelite não é boa condutora de eletricidade e possui notável resistência térmica, não derrete, se decompõe com o aquecimento e, por isso, torna-se um perigo para o MEV [4]. Para o embutimento com baquelite é utilizada uma prensa específica. Durante a cura, a resina é aquecida e submetida a uma pressão relativamente alta [1].

As resinas acrílicas de polimerização rápida são as preferidas para a inclusão da amostra “a frio”. Na preparação, duas ou mais substâncias são misturadas formando um líquido viscoso, que é vertido sobre um recipiente com a amostra. Após alguns minutos a resina já está endurecida e as amostras incluídas, prontas para serem manuseadas. Infelizmente, estas resinas também não são resistentes ao feixe de elétrons, pois são termoplásticos que se decompõem muito facilmente gerando resíduos ainda mais calamitosos para a coluna do MEV. Por isso, amostras embutidas em resinas para a microscopia eletrônica de varredura tornam-se uma questão preocupante, principalmente quando utilizado a baquelite ou resinas acrílicas [4].

 A câmara do MEV, onde são colocadas as amostras, é sempre pressurizada com médio ou baixo vácuo. Porém, a pressão é ainda menor na coluna e menor ainda no canhão onde fica o filamento do microscópio. Então, quando o feixe de elétrons incide sobre uma resina não condutora como a baquelite, os elétrons não tendo para onde escoar, aquecem o material, que se decompõe. A diferença de pressão existente ente o canhão, a câmara e a coluna faz com que os resíduos da decomposição sejam remetidos da câmara para a coluna e da coluna para o canhão. Os resíduos grudam nas lentes e no filamento causando danos irreparáveis para as objetivas e, portanto, diminuem a capacidade de o microscópio operar em grandes aumentos. Na microscopia eletrônica de varreduras são recomendadas resinas condutoras de base epóxi para o embutimento de amostras. Estas resinas são resistentes ao feixe e não volatilizam quando expostas ao vácuo da câmara de amostras. Todavia, não são raras as ocasiões em que durante uma investigação metalográfica surge a necessidade de se utilizar microscopia eletrônica de varredura, além da microscopia óptica. Nestes casos, se a amostra estiver adequadamente embutida com resina apropriada ou não incluída, a mesma poderá se utilizada no MEV, sem nenhuma restrição. Mas se estiver incluída em alguma resina acrílica não é possível utilizar o MEV. Resinas acrílicas são extremamente suscetíveis ao feixe de elétrons, degradam-se quando aquecidas no vácuo e, por isso, são proibitivas para a microscopia eletrônica de varredura. Uma alternativa é tentar eliminar o embutimento cortando ou quebrando a resina para deixar a amostra livre, porém, existe o risco de danificar a superfície polida. O correto é preparar novamente a amostra com uma resina adequada.

A baquelite e outros polímeros termofixos poderão ser utilizados no MEV, desde que bem aterrados ao equipamento, ou seja, desde que conduzam os elétrons para a mesa do equipamento. Para tal, além da metalização da superfície, outros artifícios terão que ser adotados para não prejudicar o microscópio. O aterramento tem a função de desviar os elétrons gerados na amostra e na resina, devido ao feixe eletrônico, para a mesa do MEV. A metalização é um recurso muito utilizado para o aterramento de amostras poliméricas, cerâmicas e de materiais biológicos. O aterramento evita o aquecimento da amostra e, no caso de materiais orgânicos, sua degradação. Este procedimento dever ser utilizado como regra para qualquer amostra incluída em resina, mesmo para aquelas recomendadas para microscopia eletrônica de varredura. Um bom aterramento garante imagens contrastadas e em foco para aumentos superiores a 104 vezes, além de favorecer a conservação do equipamento [4].

Para garantir o aterramento adequado da baquetite, deve-se antecipadamente adotar alguns artifícios durante o embutimento da amostra que facilitem a sua utilização no MEV, mesmo que a intenção inicial seja utilizar somente microscopia óptica na investigação. Por exemplo, é apropriado deixar o fundo da amostra livre durante o embutimento ou utilizar um pedaço de metal ou fios metálicos para deixá-la condutora. Observe que nas Figuras 2A e 2B as amostras estão isoladas pela resina. Mesmo com a metalização da superfície, as amostras e a resina não estarão aterradas, portanto, dificilmente serão obtidas imagens bem constratadas, com aumentos superiores a 5000 vezes. Esta situação é muito comum, pois os processos rotineiramente utilizados para a metalização produzem uma camada metálica (de ouro ou paládio) na superfície da amostra, que muito dificilmente cobre as laterais do embutimento. Por outro lado, pode-se tentar metalizar as laterais do embutimento, mas o custo é elevado, pois tanto o ouro como o paládio são materiais caros. As Figuras 2C e 2D indicam duas alternativas para o aterramento de uma amostra ao MEV. A Figura 2E ilustra um aterramento ideal para amostras incluídas em baquelite ou em algum outro polímero termofixo. Observa-se que o aterramento é realizado através de uma fita condutora que liga a resina e a amostra com a mesa do MEV.

Resumindo, amostras preparadas para microscopia óptica podem ser utilizadas para microscopia eletrônica de varredura, desde que incluídas em resina apropriada e/ou bem aterradas ao equipamento. Por isso, quando se inicia a preparação de uma amostra para a micrografia, deve-se ficar atento para que a mesma possibilite a condução elétrica, pois talvez seja necessário utilizar microscopia eletrônica na investigação. Deve-se considerar, também, que o tipo de aumento utilizado definirá quão refinada deverá ser a preparação da superfície a ser observada. Amostras para a observação metalografica, mesmo aquelas “como obtidas”, deverão estar secas, limpas (sem resíduos de óleo, pó, graxas e outras sujidades) e com dimensões compatíveis com o microscópio utilizado.

Referências

[1] ASM, Metals Handbook: Volume 9: Metallography And Microstructure, American Society for Metals, metals Park, Ohio, USA, 1985.
[2] Mannheimer, W. A., Microscopia dos Materiais. E-papers Serviços Editorais Ltda, Rio de Janeiro, 2002.
[3] Goldstein, J. I. et al. Scanning Electron Microscopy and X-ray microanalysis, Plenum Press, N.York, 1992.
[4] Dedavid, B. A.; Machado, G. Gomes, C.I. Microscopia Eletrônica de Varredura: aplicações e preparação de amostras, EDIPUCRS, 2007. Disponível em: http://www.pucrs.br/edpucrs/online/microscopia.pdf

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A microestrutura bruta de solidificação das ligas binárias Al-Si é formada por dendritas Al-a, partículas primarias equiaxiais de silício (tipo plaquetas), agulhas pré eutéticas Al5FeSi e script chinese formada com Al15(Mn,Fe)3Si2, como mostra a Fig.1. As agulhas, assim como as plaquetas de silício de maior tamanho, diminuem drasticamente a ductilidade do material. Agentes modificadores como sódio, estrôncio ou antimônio são adicionados ao banho entre 0,005 e 0,02% em peso, para promover alterações no crescimento das plaquetas de silício, que passam a exibir uma morfologia mais refinada, o que contribui para o aumento da ductilidade das ligas Al-Si [3]. Além do silício, outros elementos como o cobre e o magnésio podem ser adicionados para aprimorar algumas propriedades tecnológicas e acrescentar outras as ligas da série AA 3XX.X. O magnésio torna as ligas alumínio-silício endurecíveis por precipitação com o tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento. Entre as ligas alumínio-silício-magnésio cabe destacar a AA 356.0 e a modificada AA A356.0, preferenciais para os processos die casting e investment casting. Na nomenclatura o dígito zero, colocado após o ponto, indica tratar-se de um produto, isto é, peça ou componente.

A composição standard da AA 356.0 é formada de 6,5-7,5% de silício e 0,25-0,45% de magnésio, além de outros elementos como o ferro (até 0,5%), cobre (até 0,25%) e manganês (até 0,35%), podendo ainda conter zinco e titânio como refinadores de grão. Entre os produtos atualmente fabricados com a liga AA 356.0 encontram-se basicamente peças com geometrias complexas apresentando seções delgadas, requisitos de estanqueidade e tolerâncias críticas.

A microestrutura da liga AA 356.0, semelhante à microestrutura das ligas binárias Al-Si, é formada por dendritas primárias Al-a, cristais tipo plaquetas de silício na fase eutética, agulhas Al5FeSi de formação pré-eutética e Al15(Mn,Fe)3Si2 na forma de script chinese, além de partículas dispersa de Mg2Si. Para taxas diferenciadas de solidificação a liga apresentará microestrutura característica, compatível com a velocidade de resfriamento. Na microestrutura da liga AA 356.0, solidificada com altas taxas de resfriamento, se observa com freqüência a presença do microcostituinte Al8FeMg3Si6, o que não ocorre quando a liga é solidificada com taxas moderadas ou lentamente [4].

Peças complexas do ponto de vista do processo de fundição, contendo simultaneamente paredes delgadas e espessas, apresentam uma microestrutura diferenciada não homogênea. É evidente que variações microestruturais em uma mesma peça comprometem o desempenho mecânico do componente, podendo em alguns casos ser corrigido com tratamento térmico adequado. No tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento artificial recomendado para a liga AA 356.0 (têmpera T6; ASTM B917/B917M-2001; [5,6]), ocorrem modificações macro e microestruturais na estrutura bruta de solidificação, isto é, a modificação do tamanho de grãos e a solubilização de alguns microscostituintes. Agulhas Al5FeSi e o script Al15(Mn,Fe)3Si2 ainda permanecem, observa-se alterações na morfologia das partículas de silício, como o arredondamentos das extremidades e a solubilização do microscostituinte Mg2Si, que precipita disperso na matriz durante o envelhecimento, endurecendo o material. Mas, como identificar os microstituintes da liga AA 356.0 utilizando a metalografia?

Parece ser consenso entre os metalógrafos que revelar, tanto a macro como a microestrutura dos metais é um ciclo vicioso de sucessos e fracassos. Frequentemente torna-se necessário a realização de experimentos sistemáticos para garantir a reprodutibilidade de um ataque químico, levando muitos iniciantes à desistência. Porém, no caso das ligas de alumínio silício existem reagentes consagrados que garantem muito boa reprodutibilidade e que são de fácil aplicação, entre eles destacam-se os reativos de Tucker e de Keller ideais para macrografia e, o reativo formado com ácido fluorídrico diluído em água para micrografia.

O reativo de Tucker, também conhecido como água régia fluorada, é uma solução de HNO3, HCl e HF na proporção de [1:3:1], diluído ou não em poções variáveis de água destilada é utilizado para revelar a macroestrutura do alumínio puro e de alguma ligas contendo silício [3]. Já o reativo de Keller (2,5 ml de ácido nítrico, 1,5 ml de ácido clorídrico e 1,0% de ácido fluorídrico diluídos em 95 ml de água destilada) é recomendado para as ligas de alumínio com baixos teores de silício. Para a micrografia o reagente mais utilizado é o composto de ácido fluorídrico diluído em água destilada em concentrações que podem variar de 0,3-5%, que é de fácil preparação e de boa reprodutibilidade, mas, nem sempre diferencia todos os microconstituintes presentes [3].

A microscopia eletrônica de varredura no modo elétrons retroeaspalhados (BSE- Back Scattered Electron) que diferencia os níveis de cinza da imagem pelo número atômico, aliada a microanálise por EDS (Energy Dispersive Spectrometry) constitui-se uma alternativa para diferenciar alguns dos microscostituintes presentes nas ligas da série AA 3XX.X. Porém, tanto a imagem por BSE quanto a microanálise apresentam suas limitações ao diferenciar a composição de um ou outro microconstituinte presente. Precipitados e fases das ligas binárias Al-Si e da AA 356.0 geralmente possuem composições muito próximas entre si ou da matriz, o que torna a formação dos contrastes da imagem por BSE difícil, como mostra a Fig. 2.

De maneira semelhante, a microanálise por EDS, por ser considerada uma analise química qualitativa também não produzirá respostas exatas, para diferenciar um microcostituinte do outro, sem que se tenha conhecimento prévio das condições de solidificação e possíveis tratamentos térmicos sofridos pela amostra. Além disso, a segregação dendrítica é impossível de ser identificada com o microscópio eletrônico de varredura nos modos convencional de formação da imagem e constitui-se fator importante quando se trata das propriedades mecânicas de peças fundidas.

Ataques coloridos podem ser uma boa opção para ressaltar a segregação e os microconstituinte das ligas da série AA 3XX.X. O reagente de Weck, por sua vez, pode ser uma boa escolha, pois, revela através do contraste colorido a segregação dendrítica e diferencia vários microcostituintes. A formulação é simples, de fácil manuseio e utilização, constitui-se de 4 g de permanganato de potássio, 1g de hidróxido de sódio em 100 ml de água destilada, além disso, tem boa repetibilidade, requisito essencial para um bom ataque metalográfico. O reativo de Weck pode ser utilizado para observações em sistemas ópticos simples, contudo, com luz polarizada produz contrastes bem mais acentuados [7]. Para ilustrar melhor o exposto, a Fig. 3 mostra a microestrutura de uma amostra solidificada em molde cerâmico da liga AA 356.0, revelada com o reativo de Weck. Nas Figuras (a) e (b) a amostra foi imersa com agitação, por quatro segundos, no reativo de Weck, depois lavada com água destilada e seca. Nas Figuras (c) e (d) a amostra sofreu um ataque duplo: primeiro foi mergulhada em 3% de HF diluído em água, por dois segundo e depois de lavada e seca ao ar, mergulhada por mais dois segundos no reativo de Weck, ambos na temperatura ambiente.

Em resumo, boas micrografias para as ligas de alumínio da série AA 3XX.X podem ser facilmente obtidas com o reativo de HF+ água destilada e o reativo de Weck. Porém, é importante lembrar que o principal requisito para o sucesso de um ensaio metalográfico não depende só da escolha do reativo, mas, essencialmente da preparação da superfície a ser revelada, que deve estar plana, bem polida e limpa.

Referências

1. Associação Brasileira do Alumínio http://www.abal.org.br/industria/introducao.asp. Acessado em outubro de 2012;
2. Suareza, M.A. et al. Study of the Al-Si-X System by Different Cooling Rates and Heat Treatment. Materials Research. 2012; 15(5): 763-769;
3. Kramel,M., Verran, G. O. Efeito da temperatura de vazamento e da qualidade do banho na fluidez das ligas Al-Si. FS. Fundição e Serviços, v. 58, p. 58-66, 2010;
4. ASM, Metals Handbook: vol. 9: Metallography And Microstructure, American Society for Metals, metals Park, Ohio,USA, 1985;
5. Backerud, L., Chai,G., Tamminen, J. Solidification Characteristics of Aluminum Alloys. vol.2. Foundry Alloys American Foundrymen’s Society, Inc., 1990. [5]Classificação das têmperas nas ligas de alumínio. http://www.aquecimentoindustrial.com.br/artigo/classificacao-das-temperas-nas-ligas-de-aluminio .Acessado em setembro de 2012;
6. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, ASTM. Standard Practice for Heat Treatment of Aluminum, Alloy Castings from All Processes. B 917/B 917M 01, West Conshohocken, PA, USA, 2001. p. 1-11;
7. Van der Voort, G., The Aluminum Silicon Phase Diagram and Eutectic Modifications. http://www.georgevandervoort.com/met_papers/Aluminum/Al_Si_Phase_Diagram.pdf. Acessado em abril de 2012.

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O feixe de elétrons do MEV atua na amostra formando um campo de interação que se projeta para o interior do material, conforme esquematizado na Fig. 1. Essa interação se traduz em uma série de partículas e calor, pode atingir profundidades superiores a 1,5 µm conforme a composição da amostra. Os elétrons retroespalhados e os secundários são as partículas utilizadas para a formação da imagem, e os raios-X para a microanálise [2]. A intensidade e a forma da interação dependem, principalmente, da composição da matriz e da voltagem de aceleração do feixe incidente.

Os raios-X característicos são produzidos quando elétrons provenientes do feixe expulsam um elétron de um dos elementos que o compõem. A órbita de onde o elétron será expulso depende da energia do elétron incidente (ou seja, da voltagem de aceleração do feixe do MEV) e dos níveis de energia do átomo da amostra (ou seja, do numero atômico do elemento que compõem a amostra) [1]. A lacuna deixada por este elétron será preenchida por um elétron mais externo da camada, que pula para níveis mais internos emitindo raios-X no comprimento de onda característico do elemento químico que foi atingido pelo feixe. A Fig. 2 mostra, em esquema, onde ocorre a formação dos raios-X característicos, dos contínuos e da fluorescência no interior de uma amostra hipotética.

O espectrômetro de EDS, instalado na câmara do MEV, mede a energia associada ao raio-X de cada um dos elementos presentes no campo de resolução espacial da interação, como indicado na figura 2. Considerando que a resolução espacial e a profundidade da interação dependem da composição da amostra, um fator de correção é sempre utilizado para o ajuste da porcentagem dos elementos detectados. O fator de correção tipo ZAF leva em consideração o peso atômico do elemento (Z), a absorção (A) sofrida pelos raios-X até o detector, e fluorescência (F) gerada [2]. Mesmo corrigidos, os resultados da microanálise por EDS devem ser tratados como qualitativos, pois ainda dependem de outros fatores, muitas vezes desconhecidos ou aleatórios, como o formato da amostra e sua posição em relação ao detector. Cabe destacar que a maioria dos equipamentos de EDS permite selecionar os elementos que participarão da análise, sendo assim, a contribuição percentual de cada um para o resultado total será função, também, desta seleção. Assim, se os elementos selecionados não corresponderem a todos os elementos presentes na amostra, o resultado da análise também não corresponderá à porcentagem real. Por outro lado, o diâmetro reduzido do feixe de elétrons permite além da análise da área total sobre a imagem, a verificação da composição em pontos específicos, com dimensões menores que 5 µm. A Fig. 3 mostra um exemplo da aplicação da microanálise por EDS, utilizada na localização de fases em ligas metálicas de zinco.

O espectro de EDS da Fig. 4, apresentado como exemplo, mostra as sobreposições dos picos do ferro, manganês, cromo e oxigênio. Isso ocorre quando os comprimentos de onda das linhas K, L ou M do raio-X característico de um elemento estão muito próximos das linhas de outro elemento presente na amostra. Observa-se também que o pico do carbono (Z= 6) está localizado abaixo de 2,0 keV, portanto, neste caso pode-se apenas confirmar a sua existência na amostra, estando qualquer quantificação sujeita a erro [3].

Além do ferro e do manganês, outros elementos apresentam comportamento semelhante, entre eles o molibdênio (K= 17.44 keV e L= 2.29 keV) e o enxofre (K= 2.30 keV). O pico K, por ser mais energético, apresenta-se sempre maior e mais largo do que o L, portanto, se operador tiver conhecimento prévio da existência do enxofre na amostra e bem provável que o mesmo não apareça nos resultados da microanálise quando o molibdênio estiver presente. Outro exemplo ocorre entre os picos do nióbio e do zircônio e entre os picos do tântalo e do tungstênio, que são elementos de liga comuns em aços [3].

Em resumo, a microanálise realizada por EDS em um MEV permite a identificação elementar imediata, mesmo que qualitativa, sobre toda ou em pontos escolhidos da imagem. Além da identificação, alguns equipamentos oferecem a possibilidade do mapeamento da distribuição dos elementos químicos, gerando mapas composicionais sobre a imagem. Entretanto, cabe salientar que a metodologia para a interpretação dos resultados da microanálise, em ambos os casos, requer conhecimento prévio sobre a natureza da amostra e sobre a técnica.

Referências

[1] Dedavid, B. A.; Machado, G. Gomes, C.I. Microscopia Eletrônica de Varredura: aplicações e preparação de amostras, EDIPUCRS, 2007. Disponível em: http://www.pucrs.br/edpucrs/online/microscopia.pdf;
[2] Goldstein, J. I. et al. Scanning Electron Microscopy and X-ray microanalysis, Plenum Press, N.York, 1992;
[3] ASM, Metals Handbook: Volume 9: Metallography And Microstructure, American Society for Metals, metals Park, Ohio,USA, 1985.

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