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CENTRO DE TECNOLÓGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS CURSO: ENGENHARIA METALÚRGICA DISCIPLINA: PROCESSAMENTO DE MATERIAIS PROFESSOR: MARCELO F. MOTTA TRABALHO ACADÊMICO DE PROCESSAMENTO DE MATERIAIS DIFRAÇÃO DE RAIO-X Aluno: Afonso L. Saraiva Jr Fortaleza, 16 de outubro de 2017 SUMÁRIO INTRODUÇÃO 3 OBJETIVOS 4 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS 4 METODOLOGIA 5 DISCUSSÃO E RESULTADOS 7 CONCLUSÃO 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 9 INTRODUÇÃO Francesco Maria Grimaldi (1618-1663) tem papel indiscutível no trabalho e estudo de grandes nomes da ciência como Newton e Einstein ao descobrir o comportamento de difração de ondas. Para este relatório utilizaremos tais conhecimentos. A difração consiste no “espalhamento” sofrido por uma onda quando esta circunda ou segue em direção a obstáculos, esse comportamento é mais facilmente observado quando o comprimento da onda é relativamente maior que o obstáculo a ser contornado. Unindo este conceito com o âmbito de processamento de materiais, pôde relacionar a difração de ondas com a estrutura cristalina de um material: difração de raios-X. Quando ondas raio-X são direcionadas e atingem são dispersados elasticamente, mudando sua trajetória e mantendo sua fase, sem perda de energia pelos elétrons de um átomo, que passam a atuar como centro de emissão de raios-X. Figura 1 – Geometria das células unitárias para sistemas cristalinos. [1] Os raios-X são radiações eletromagnéticas e para sua produção, busca-se a utilização de métodos que desacelere partículas em alta velocidade. Com o aumento da diferença de potencial aumenta-se a intensidade e a faixa de comprimentos de onda produzidos pelo tubo. Quando o material utilizando no ensaio possui uma estrutura cristalina, dentre as diversas geometrias de posicionamento dos átomos, sua configuração atômica é repetitiva e de próxima distância; ao analisar cuidadosamente estas dispersões sofridas nota-se a periocidade e a relação entre os ângulos das mesmas. Logo, a técnica é uma das principais para a caracterização micro-estrutural de materiais cristalinos. OBJETIVOS Conhecer o difratômetro e seu princípio de funcionamento; Realizar ensaios de difração de raio x em corpos de prova de materiais diversos; Identificar os materiais ensaiados e comparar com os resultados das demais turmas da disciplina. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS Equipamentos: Difratômetro. Materiais: Corpos de prova de materiais metálico METODOLOGIA Destinando a realização desta pratica para a identificação de fases de materiais heterogêneos, utiliza-se dos conceitos apresentados na literatura para a confecção do ensaio de difratômetria de raios X. Iniciando com uma amostra estreita do material a ser ensaiado (neste caso é o alumínio), o corpo de prova é posicionado na difratômetro. Figura 2 – Difratômetro utilizado na prática. Figura 3 – Componente para posicionar o corpo de prova. (Imagens realizadas durante a atividade prática). Ao preparo do maquinário, observa-se os componentes: emissor (diferentes tubos produzidos com cobre, cobalto, molibdênio e cromo), onde o raio-X é produzido, detetor, onde é ocorre a escape dos raios, e o contador, que detecta a intensidade dos feixes difratados. Para um melhor entendimento, o raio-X comporta-se da seguinte maneira: Figura 4 – Representação gráfica de difração de raios-X. [1] Ao avaliar a imagem a cima e utiliza-la como base para o procedimento pode-se relacionar o comprimento de onda (λ) com o comprimento da profundidade onde o raio-X atinge, tal relação também é a condição para a difração, deixando visível os picos de alta intensidade, chamada de Lei de Bragg: Onde () é uma função dos índices de Miller (h, k, l) e (a) é o comprimento da aresta da célula unitária: Porém, o procedimento em si, não necessita de quaisquer operações matemáticas manuais, dependendo exclusivamente do maquinário converter os valores obtidos para o computador, pois cada estrutura cristalina produz um padrão de difração característico, necessitando de um banco de dados, e realizando a comparação com os padrões previamente conhecidas. DISCUSSÃO E RESULTADOS Após a realização dos procedimentos práticos apresentados pelo professor-monitor, foi necessário um período de 40 minutos ou 1 hora para uma análise mais precisa, obtendo em seguida dados que permitiam a identificação dos materiais empregados no ensaio de difração das turmas. Os primeiros dados obtidos foram referentes ao material alumínio (Al), o que possibilitou a confecção de um gráfico com a intensidade em função do ângulo de disparo do raio-X: Gráfico 1 – Difratograma teórico para o alumínio. Por meio do gráfico avalia-se os picos de alta intensidade e os verifica idênticos a gráficos-base disponibilizados em um banco de dados, assegurando-se a identidade do metal, além de certificar sua homogeneidade. Em seguida, por meio de dados referentes a outros ensaios para turmas diferentes, confeccionou-se dois gráficos para a difração do magnésio (Mg) e cobre (Cu). Novamente, confirmou-se a homogenia do material utilizado. Gráfico 2 – Difratograma teórico para o magnésio. Gráfico 3 – Difratograma teórico para o cobre. Analisando e comparando diretamente os gráficos, nota-se os a variação da intensidade em função da posição dos ângulos de difração acarretando em picos. Por meio da literatura, de difratogramas base e das aulas direcionadas a este assunto, pode-se indicar além da posição do ângulo em que um número inteiro de comprimento da onda é igual diferença entre os comprimentos das trajetórias (SQ e QT), explicitar os planos cristalinos, em que tal condição é verdadeira. Ainda que há possibilidade de determinação dos planos cristalinos, por ser um processo que exige um maior conhecimento de processamento de materiais e no manuseio do programa incumbido de interpretar os dados disponíveis, fases presentes (notáveis como os picos presentes) no material perceptíveis pelo gráfico não são de fácil alcance e obtenção. CONCLUSÃO Ao finalizar a atividade prática e dos procedimentos propostos pela metodologia referente a este relatório, de forma adequada e ágil, foi possível, através dos dados obtidos, conhecer e familiarizar com os conceitos vistos em sala de aula. Além de observar o funcionamento do maquinário (difratômetro) envolvidos em ensaios práticos, e de constatar o comportamento de um material durante o ensaio prático. Ademais, a confecção e leitura de difratogramas têm uma alta importância a área de processamento de materiais, engenharia metalúrgica, química, de minas, e geociências, utilizando-se do ensaio para a identificação e a determinação de fases de materiais heterogêneos desconhecidos e na indicação do sistema cristalino correspondente ao material, e sua utilização para fins industriais e de pesquisas é indispensável direcionando o emprego de infinidades de materiais nas mais diversas áreas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CALISTER, William D.; RETHWISCH, David G. Ciência Engenharia de Materiais - Uma Introdução. 7ª edição. ed. [S.l.]: GEN LTC, 2007. 705 p. Difração de ondas. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/difracao-ondas.htm>. Acesso em: 13 out. 2017 às 13:09. Difração de Raios X. Disponível em: <https://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod05/m_s03.html>. Acesso em: 15 out. 2017 às 21:08. Difração de Raio X. Disponível em: <http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteudos/difracao-de-raio-x/>. Acesso em: 15 out. 2017 às 14:11. Difração de Raios-X. Disponível em: <http://www.cpmtc-igc-ufmg.org/laboratorios2.htm>. Acesso em: 14 out. 2017 às 19:07.
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