Lista 8 - Ciência e Tecnologia dos Materiais

Prévia do material em texto

Lista 8 - Ciência e Tecnologia dos Materiais 
 
1. Os seguintes dados foram coletados durante a oxidação de uma 
pequena barra de liga metálica. Tempo Ganho de massa (mg)1 min 0,401 
hora 24,01 dia 576. O ganho de massa é devido a formação de óxido. 
Devido às condições experimentais, não é possível inspecionar 
visualmente a camada de óxido. Diga se ela é (1) porosa e descontínua ou 
(2) densa e tenaz. Explique brevemente sua resposta. 
Como a camada cresce linearmente conforme o tempo aumenta, temos uma 
camada que é porosa e descontínua, pois não protege o metal e também por 
ser observado que a taxa de oxidação permanece constate durante o passar 
do tempo. 
 
2. As densidades para três óxidos de ferro são FeO (5,70 Mg/m3 ), Fe3O4 
(5,18 Mg/m3 ) e Fe2O3 (5,24 Mg/m3). Calcule a razão de Pilling-Bedworth 
para o ferro relativo a cada tipo de óxido e comente as implicações para a 
formação de uma camada protetora. 
Fe: m=55,9 =7,88 
FeO=5,7 R=71,9 x 7,88/(1 x 55,9 x 5,7) = 1,78  forma óxido protetor 
Fe3O4=5,7 R=231,7 x 7,88/(3 x 55,9 x 5,18) = 2,09  não forma óxido protetor 
Fe2O3=5,7 R=159,8 x 7,88/(2 x 55,9 x 5,24) = 2,15  não forma óxido proteto 
 
3. Dada a densidade do SiO2 (quartzo) = 2,65 Mg/cm3 , calcule a razão de 
Pilling-Bedworth para o silício e comente as implicações para a formação 
de uma camada protetora se o quartzo fosse o óxido formado. 
SiO2: =2,65.  R = 60,1 x 2,33/(1 x 28,1 x 2,65) = 1,88  forma óxido 
protetor. O SiO2 deve ser formado em altas temperaturas, e o filme de óxido 
não é estável neste caso. 
 
4. Em contraste com o assumido no problema anterior, a oxidação do 
silício tende a produzir um filme de sílica vítrea com densidade = 2,20 
Mg/cm3 . A fabricação de semicondutores rotineiramente envolve estes 
filmes vítreos. Calcule a razão de Pilling-Bedworth para este caso e 
comente as implicações para a formação de um filme tenaz 
SiO2: =2,20 
R= 60,1 x 2,33/(1 x 28,1 x 2,20) = 2,26  não forma óxido protetor 
 
5. Verifique a assertiva relativa às equações dy/dt = c3 /y e y2 = c4 t + c5 
em que c4 = 2c3 e c5=y2 em t=0. 
y2 = c4t + c5 substituindo t=0, teremos c5 = y2 
 
6. Em uma célula de corrosão por concentração iônica envolvendo níquel 
(formando Ni+2), uma corrente elétrica de 5 mA foi medida. Quantos 
átomos de Ni por segundo são oxidados no ânodo? 
VOXIDO = M/D ; vMETAL = m/d 
VOXIDO / vMETAL = Md/mD 
5x10-3 / 0,16x10-18 = Nº e-/s 
Nº e- /2 = Nº átomos Ni = 1,56x1016 átomos de Ni/s 
 
7. Para a célula descrita no problema anterior, quantos átomos de Ni por 
segundo são reduzidos no cátodo? 
Os mesmos 1,56x1016 átomos de Ni/s 
 
8.(a) Em uma célula galvânica simples consistindo de eletrodos de Co e 
Cr imersos em soluções iônicas 1 molar, calcule o potencial da célula. (b) 
Qual metal sofrerá corrosão nesta célula? 
(a) O potencial é de –2,319V 
(b) O metal que irá sofrer corrosão é o cromo 
 
9. Identifique o ânodo nas seguintes células galvânicas, incluindo uma 
breve discussão para cada resposta. (a) eletrodos de cobre e níquel em 
soluções padrão de seus próprios íons, (b) uma microestrutura bifásica 
de uma liga Pb-Sn 50:50, (c) uma solda chumboestanho em uma liga de 
alumínio 2024 na água do mar, e (d) um parafuso de latão em uma placa 
de Hastelloy C, também em água do mar. 
(a) Níquel 
(b) Sn 
(c) Al 2024 
(d) Latão 
 
11. Assuma que ferro é corroído em um banho ácido, com a reação do 
cátodo sendo dada pela equação 2H+ + 2e- = H2 reação de redução do 
hidrogênio. Calcule o volume de gás H2 produzido nas CNTP para corroer 
100g de ferro. 
O2 + 2H2O + 4e- →4OH- 
Fe3++3OH- → Fe(OH)3 
1mol O2 → 4 mol OH- 
3 mol OH- → 1 mol Fe(OH)3 
 
1 mol Fe(OH)3 consome 3/4 mol de O2 
N° mol de O2 = 100g/((55,8+3 x (16+1)) x 3/4 = 0,702 mol de O2 
V= 0,702 x 8,314 x 273 x (9,869 x 106) = 0,0157 m3 O2 consumidos 
 
 12. Um ânodo de sacrifício de zinco protege da corrosão com uma 
corrente média de 2ª no período de 1 ano. Que massa de zinco é 
necessária para esta proteção? 
I = 2A t = 3,11 x 107s Z(Zn) = 2 
m = 2 x (3,11x107s) x 6,54 / (2 x 96470) 
m = 21 Kg Zn 
 
 13. Um tipo de dano causado por radiação encontrado em uma variedade 
de sólidos está associado com a produção do par elétronpósitron, que 
ocorre em um patamar de energia de 1,02 MeV. (a) Qual é o comprimento 
de onda deste fóton? (b) Que tipo de radiação eletromagnética é esta? 
E = 1,02 MeV E = h x   = c /  
E = h x c /  
 
 = h x c / E = (1,95x10-31) x (6,24x1018) = 1,22x10-12 m 
 
Comprimento de onda típico do Raio X. 
 
14. Calcule o diâmetro de uma partícula de abrasão para um disco de 
cobre sobre um aço 1040. Suponha uma carga de 40kg para uma 
distância de 10mm. (Dureza Brinell do aço 1040 = 235; k(x103) do cobre 
sobre o aço carbono = 1,5). 
V = (1500 x 400 x 0,01) / (3 x 235) = 8,51 mm3 
Ve = 4. p. r³/3 
8,51 = (4/3) x p x r³ 
r = 1,26mm 
D= 1,26 x 2 = 2,53 mm 
 
15. Calcule o diâmetro de uma partícula de abrasão produzida pelo 
desgaste adesivo de duas superfícies de aço inoxidável 410 sob às 
mesmas condições do problema anterior. (Dureza Brinell do aço inox 410 
= 250; k(x103 ) do aço inox sobre o aço inox = 21). 
V = (21000 x 400 x 0,01) / (3 x 250) = 112 mm3 
Ve = 4. p. r³/3 
112 = (4/3) x p x r³ 
r = 2,99mm 
D= 2,99 x 2 = 5,98 mm