Síntese e caracterização da liga nanoestruturada de alta entropia TiCoMoNbFe obtida por moagem mecânica de alta energia

Abstract

Ligas metálicas são utilizadas pelos seres humanos desde a antiguidade, evoluindo em conjunto com a humanidade até os dias atuais atravessando diversas eras como, idade do Bronze, Ferro. Apesar da vasta variedade de ligas existentes, ainda há a demanda de materiais com propriedades mais específicas e superiores. Diante deste cenário, nos anos 2000 iniciou se uma nova proposta, as ligas de alta entropia. Composto por 5 a 13 elementos diferentes em proporções atômicas variando entre 5-35% e apresenta entropia configuracional maior que 12,4 J/mol.K. O presente trabalho de conclusão de curso buscou sintetizar uma liga de alta entropia composta por Titânio (Ti), Cobalto (Co), Molibdênio (Mo), Nióbio (Nb) e Ferro (Fe) em proporções equiatômicas. Este material foi submetido ao processo de moagem mecânica de alta energia (Mechanical Alloying) pelo período total de 12 horas, entre os intervalos foi aplicado o ensaio de Difratometria de Raio X (DRX) de modo a conhecer as fases presentes na liga e como o padrão se altera com o aumento do tempo de moagem. A fim de calcular a difusividade térmica, o ensaio de Espectroscopia de Absorção Fotoacústica (Photoacoustic Absorption Spectroscopy - PAS) foi executado. Realizou-se também o ensaio de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) para avaliar a estabilidade térmica da liga de alta entropia.O ensaio de PAS foi realizado nos intervalos de 0, 1, 2, 4 e 6 horas de moagem, demonstrando um padrão de redução da difusividade térmica com o aumento do tempo de moagem. O ensaio de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) foi aplicado nos intervalos de 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10 e 12 horas de moagem, indicando comportamentos distintos, sendo endotérmico nas primeiras horas de moagem e exotérmico a partir da quarta hora. Difratometria de Raio X (DRX) foi aplicada em 6 e 12 horas de moagem, indicando a formação de uma liga de alta entropia com uma fase primária cúbica de corpo centrado (CCC) e uma secundária cúbica de fase centrada (CFC), evidenciando traços de uma estrutura desorganizada.

Metal alloys have been used by humans since ancient times, evolving alongside humanity to the present day, spanning different eras such as the Bronze Age and Iron Age. Despite the wide variety of existing alloys, there is still a demand for materials with more specific and superior properties. In this scenario, a new proposal emerged in the 2000s: high entropy alloys. This type of alloy is typically composed of 5 to 13 different elements in atomic proportions ranging from 5-35% and exhibits configurational entropy greater than 12.4 J/mol•K.This undergraduate thesis aimed to synthesize a high entropy alloy composed of Titanium (Ti), Cobalt (Co), Molybdenum (Mo), Niobium (Nb), and Iron (Fe) in equiatomic proportions, characterizing some properties. This material underwent a total of 12 hours of high-energy mechanical alloying, and during intervals, X-ray Diffraction (XRD) analysis was performed to identify the phases present in the alloy and how the pattern changes with increasing milling time. In order to calculate thermal diffusivity, Photoacoustic Absorption Spectroscopy (PAS) was conducted.Differential Scanning Calorimetry (DSC) was also performed to evaluate the thermal stability of the high entropy alloy. PAS analysis was carried out at intervals of 0, 1, 2, 4, and 6 hours of milling, demonstrating a pattern of decreasing thermal diffusivity with increasing milling time. DSC analysis was conducted at intervals of 0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, and 12 hours of milling, indicating distinct behaviors, with endothermic behavior in the initial hours of milling and exothermic behavior starting from the fourth hour. X-ray Diffraction (XRD) was performed at 6 and 12 hours of milling, indicating the formation of a high entropy alloy with a primary body-centered cubic (BCC) phase and a secondary face-centered cubic (FCC) phase, revealing traces of a disorganized structure.