Aula_6_MSP_Imperfeições_Arranjos_Atômicos - Pacato_12 03 2019

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MONITORIA "Monitoria de Materiais e suas Propriedades - UFABC" o endereço é https://www.facebook.com/monitoriamsp/ • Especialmente nessa sexta-feira (15/03/2019) e na sexta da semana que vem, dias 15 e 22, não teremos nenhum dos plantões mostrados no arquivo. Nesses dias, faremos um Plantão Especial para as P1. Esse plantão acontecerá nos dias 15 e 22/03 das 14h as 18h em Santo André, na sala S102 (no dia 15).

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS)

ESTO006-17: MATERIAIS E SUAS PROPRIEDADES Imperfeições em arranjos atômicos - Defeitos pontuais - Impurezas - Soluções sólidas - Defeitos lineares - Defeitos interfaciais - Defeitos volumétricos - Observação da microestrutura

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Defeitos Cristalinos • DEFEITO CRISTALINO: imperfeição do reticulado cristalino.

• Classificação geométrica dos defeitos cristalinos: • DEFEITOS PONTUAIS (associados com uma ou duas posições atômicas):

lacunas e átomos intersticiais, impurezas. • DEFEITOS LINEARES (defeitos unidimensionais): discordâncias • DEFEITOS INTERFACIAIS (fronteiras entre duas regiões com diferentes

estruturas cristalinas ou diferentes orientações cristalográficas): contornos de grão, interfaces, superfícies livres, contornos de macla, defeitos de empilhamento. • DEFEITOS VOLUMÉTRICOS (defeitos tridimensionais): poros, trincas e

inclusões.

Defeitos Cristalinos • Classificação termodinâmica dos defeitos cristalinos: Os defeitos cristalinos também podem ser classificados em: • DEFEITOS DE EQUILÍBRIO. Exemplos: defeitos pontuais, tais como

lacunas e autointersticiais.

O aumento de entalpia envolvido na criação do defeito é compensado pelo aumento de entropia e, neste caso, para cada material e temperatura existe uma concentração de equilíbrio do defeito. • DEFEITOS DE NÃO EQUILÍBRIO. Exemplos: discordâncias, contornos de

grãos, interfaces e superfícies.

No caso do defeito de não equilíbrio, esta compensação não é possível. A concentração de defeitos não depende diretamente do material e da temperatura.

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Defeitos Pontuais Representação de uma lacuna e de um defeito auto-intersticial

lacuna

lacuna auto-intersticial

•

LACUNA : ausência de um átomo em um ponto do reticulado cristalino.

•

Podem ser formadas durante a deformação plástica ou como resultado de vibrações atômicas.

•

Existe uma CONCENTRAÇÃO DE EQUILÍBRIO de lacunas.

Defeitos Pontuais Representação de uma lacuna e de um defeito auto-intersticial

lacuna

lacuna auto-intersticial

•

Existe uma CONCENTRAÇÃO DE EQUILÍBRIO de lacunas.

 Q  N L  N exp  L   kT  onde: N  número total de posições atômicas NL  número de lacunas QL  energia de ativação para formação de lacunas k  constante de Boltzmann T  temperatura absoluta

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Defeitos Pontuais •

AUTO-INTERSTICIAIS:

é um átomo da rede (substitucional) que ocupa uma posição que não é uma posição típica da rede.

• Os defeitos auto-intersticiais causam uma distorção do reticulado cristalino a sua volta.

grande

Representação de uma lacuna e de um defeito auto-intersticial

lacuna

auto-intersticial

Defeitos Pontuais •

AUTO-INTERSTICIAIS:

é um átomo da rede (substitucional) que ocupa uma posição que não é uma posição típica da rede.

• Os defeitos auto-intersticiais causam uma distorção do reticulado cristalino a sua volta.

grande

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Distorção dos planos

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Defeitos Pontuais • Impurezas nos sólidos •

É impossível existir um metal consistindo de um só tipo de átomo (metal puro).

•

As técnicas de refino atualmente disponíveis permitem obter metais com um grau de pureza no máximo de 99,9999 % (1022-1023 impurezas por cm3).

Representação de átomos de impurezas SUBSTITUCIONAIS e INTERSTICIAIS

SUBSTITUCIONAL

INTERSTICIAL

Defeitos Pontuais • Impurezas nos sólidos •

Nos metais, as impurezas adicionadas intencionalmente são chamadas de elementos de liga. A sua finalidade geralmente é: - aumentar a resistência mecânica, a resistência à corrosão, a condutividade elétrica, etc...

Representação de átomos de impurezas SUBSTITUCIONAIS e INTERSTICIAIS

SUBSTITUCIONAL

INTERSTICIAL

Estes metais impuros são chamados de ligas.

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Defeitos Pontuais • Impurezas nos sólidos

LIGAS Latão (Zn substitui o Cu no retículo)

OURO, PRATA e COBRE

08 quilates (33 % de ouro)

14 quilates 6/18 Au/Ag (58 % Au) (ouro branco)

18 quilates

24 quilates (puro)

(75 % de ouro)

A pureza do ouro é expressa pelo número de partes de ouro puro que compõem a barra, pepita ou jóia. Por exemplo, um objeto com16 partes de ouro e 8 de outro metal é um ouro de 16 quilates e o ouro puro é 24 quilates.

Defeitos Pontuais • Impurezas nos sólidos •

Quando átomos de impureza são adicionados a um metal haverá a formação de: – Uma solução sólida A adição de átomos do soluto não modifica a estrutura cristalina nem provoca a formação de novas estruturas.

– Uma segunda fase  região de diferente composição e/ou estrutura

•

Dependendo:

-

do tipo de impureza

-

da concentração

-

da temperatura da liga

Formação de segunda fase devido a alta concentração do átomo de impureza Diferente composição Diferente estrutura

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Defeitos Pontuais • Impurezas:

Soluções Sólidas

Ex: Soluções líquidas

Água

NaCl

Solvente

Soluto

Solução Concentração Homogênea por toda a Solução

• Em uma liga, o elemento presente em menor concentração denomina-se SOLUTO e aquele em maior quantidade, SOLVENTE.

Defeitos Pontuais • Impurezas:

Soluções Sólidas

•

Possui composição homogênea  Os átomos de impureza se distribuem aleatoriamente e uniformemente no sólido.

•

SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL: os átomos de

soluto substituem uma parte dos átomos de solvente no reticulado.

Substitucionais Ex. Cu em Ni

Exemplos: latão (Cu e Zn), bronze (Cu e Sn), monel (Cu e Ni). •

SOLUÇÃO SÓLIDA INTERSTICIAL: os átomos de soluto

ocupam os interstícios existentes no reticulado. Exemplo: carbono em ferro.

Intersticiais Ex. C em Fe

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Defeitos Pontuais Soluções Sólidas Substitucionais: Regras de Solubilidade (Hume – Rothery)

1) Diferença entre raios atômicos