Estrutura e propriedades selecionadas do Al

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14194 (2022) Citar este artigo

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O objetivo do estudo foi complementar os dados da liga Al65Cr20Fe15 com estrutura de fase binária e da liga Al71Cr24Fe5 com estrutura multifásica preparada com duas taxas de resfriamento diferentes a partir do estado líquido. A presença da fase estruturalmente complexa Al65Cr27Fe8 foi confirmada por difração de nêutrons, microscopia eletrônica de varredura com análise da composição química e microscopia eletrônica de transmissão. Adicionalmente, a fase Al8Cr5 com estrutura γ-latão foi identificada para a liga Al71Cr24Fe5 em ambas as taxas de resfriamento a partir do estado líquido. Devido às características interessantes de ligas estruturalmente complexas, a resistência ao desgaste, propriedades magnéticas e produtos de corrosão após a realização de testes eletroquímicos foram examinados. Com base nas medições pino-disco, um menor coeficiente de atrito foi observado para a liga Al65Cr20Fe15 (µ ≈ 0,55) em comparação com a liga multifásica Al71Cr24Fe5 (µ ≈ 0,6). A dureza média da liga Al65Cr20Fe5 de fase binária (HV0,1 = 917 ± 30) foi maior em comparação com a liga multifásica Al71Cr24Fe5 (HV0,1 = 728 ± 34) e as ligas monofásicas Al–Cr–Fe descritas na literatura. Além disso, o efeito benéfico da solidificação rápida na dureza foi demonstrado. As ligas Al65Cr20Fe15 e Al71Cr24Fe5 apresentaram comportamento paramagnético, porém a liga Al71Cr24Fe5 solidificada rapidamente indicou um aumento das propriedades magnéticas. As ligas estudadas foram caracterizadas pela presença de camadas passivas após ensaios eletroquímicos. Uma maior quantidade de óxidos na superfície da liga Al71Cr24Fe5 foi registrada devido ao efeito positivo do cromo na estabilização da camada passiva.

Ligas metálicas complexas (CMAs) são compostos cristalinos intermetálicos. Os CMAs são compostos de fases de liga estruturalmente complexas (SCAPs)1. Eles são caracterizados por grandes células unitárias que podem ser feitas de milhares de átomos. Cristais que contêm várias dezenas de átomos em suas células2, quasicristais e seus aproximantes3 são considerados estruturas do tipo SCAP. Ligas metálicas complexas apresentam propriedades físico-químicas interessantes, como alta dureza, baixo coeficiente de atrito e boa resistência à corrosão4,5. Além disso, SCAPs livres de defeitos estruturais podem ser caracterizados por um alto grau de ordem magnética6. O conjunto de características únicas das ligas com estrutura estruturalmente complexa resulta de diferenças no transporte de elétrons e fônons devido às diferentes estruturas atômicas das redes cristalinas clássicas2,7. As principais limitações para o desenvolvimento desse grupo de materiais são a fabricação de ligas monofásicas estruturalmente complexas e os recursos computacionais e teóricos para sua descrição6. Com base em propriedades físico-químicas, as ligas metálicas complexas têm aplicações potenciais como materiais termoelétricos, catalíticos e estruturais (entre outros, em peças de satélites de alta carga)3,5,6. Os CMAs podem ser aplicados em compósitos ou como materiais de revestimento devido ao reduzido coeficiente de atrito4,5,8.

As ligas Al–Cr–Fe, Al–Cu–Fe e Al–Cu–Fe–Cr foram classificadas como CMAs devido à presença de fases de liga estruturalmente complexas4. A ocorrência de fases γ-latão foi frequentemente observada durante a preparação de quasicristais e seus aproximantes em Al–Cr9,10, Al–Cr–Fe2,4,8,11,12,13,14, Al–Cu15,16 e Al–Cu–Cr17,18 composições químicas12. Dong9 afirmou que as fases de γ-latão são aproximações de quasicristais. Da mesma forma, Veys et al.19 indicaram que a fase de Al65Cr27Fe8 é um composto CMA com estrutura γ-latão que pode ser considerada como uma aproximação das fases icosaédrica e decagonal quasicristalina. Em outras publicações4,11, as ligas Al64.2Cr27.2Fe8.1 e Al66.9Cu11.6Fe11.6Cr10.6 de ligas estruturalmente complexas foram produzidas por pós de sinterização a quente na forma de rolos com diâmetro de 20 mm e depois submetidas a tratamento térmico. Com base na análise de difração de raios X, a fase Al8Cr5 foi identificada para a liga Al64.2Cr27.2Fe8.1 e a fase Al6.5Cr0.5Cu2Fe para a liga Al66.9Cu11.6Fe11.6Cr10.6. Os autores11 concluíram que a fase Al8Cr5 (γ-latão) é isoestrutural com a fase Al65Cr27Fe8.