Efeito de microadições de Zn na microestrutura, citotoxicidade e propriedades mecânicas de ligas eutéticas Sn-Cu e Sn-Ni - Paixão, Jeverton Laureano (2023)
O desenvolvimento de ligas de brasagem livres de Pb é uma demanda urgente para a indústria eletrônica, a fim de se adequar às leis e diretrizes ambientais vigentes e entregar produtos com propriedades mecânicas e físicas otimizadas. Dentre as ligas alternativas livres de Pb, podem-se destacar as ligas dos sistemas Sn-Cu e Sn-Ni, com propriedades superiores às ligas do sistema Sn-Pb, como resistências mecânica e à corrosão, além do baixo custo. Contudo, tais ligas ainda exibem ponto de fusão relativamente alto e resistência à oxidação insuficiente. Uma forma de otimizar suas propriedades e microestrutura é através da adição de elementos de liga, como por exemplo, o zinco (Zn). O Zn, que também é um elemento de baixo custo, é usado em ligas de brasagem livres de Pb para minimizar o crescimento de compostos intermetálicos em juntas brasadas, refinar a microestrutura e aumentar resistência mecânica. Diante disso, este estudo tem como objetivo entender os efeitos das adições de Zn (0,2 e 0,5% em peso) nos parâmetros térmicos (velocidade de solidificação-V e taxa de resfriamento-Ṫ), microestrutura, transformação de fases, macrossegregação, propriedades mecânicas (limite de resistência à tração-σu e alongamento específico-δ) e citotoxicidade nas ligas eutéticas Sn-0,7%Cu e Sn-0,2%Ni solidificadas direcionalmente em regime transitório de fluxo de calor em chapa-molde de cobre eletrolítico. As adições de Zn provocaram pequenas alterações nas temperaturas de transformações de fase das ligas Sn-Cu-Zn, porém significativas para as ligas Sn-Ni-Zn. Macroestruturas com transição colunar-equiaxial (TCE) e integralmente colunares foram observadas para as ligas Sn-Cu-Zn e Sn-Ni-Zn, respectivamente. As microestruturas das ligas Sn-Cu-Zn são predominantemente dendríticas com uma matriz rica em estanho (fase β-Sn) circundada por uma mistura eutética composta pelas fases β-Sn+Cu6Sn5+CuZn. Para as posições finais dos lingotes Sn-Cu-Zn têm sido observadas células eutéticas de baixa velocidade de solidificação. Para as ligas Sn-Ni-Zn, a microestrutura é completamente dendrítica, composta por uma matriz rica em Sn (fase β-Sn) circundada por uma mistura eutética Ni3Sn4+NiSn+β-Sn, além de uma provável formação do intermetálico (Cu,Ni)6Sn5 devido a dissolução do substrato de Cu. As adições de Zn refinaram o arranjo dendrítico das ligas Sn-Cu-Zn, quando em comparação com a liga Sn-0,7%Cu. Contudo, o aumento do teor de Zn não afetou a escala microestrutural. Por outro lado, ambas as adições de Zn não provocaram alterações na escala do arranjo dendrítico, comparando-se com a liga Sn0,2%Ni. O Zn não influenciou nos valores de σu e δ nas ligas Sn-Cu-Zn, com crescimento colunar. Com a redução do espaçamento dendrítico primário (λ1), σu aumentou para ambos os sistemas Sn-Cu-Zn e Sn-Ni-Zn, contudo, o comportamento do δ foi oposto. A liga Sn0,2%Ni-0,5%Zn exibiu maiores valores de σu, que estão associados ao mecanismo de endurecimento por solução sólida. Um modo de fratura dúctil tem sido observado para todas as ligas examinadas. As análises de citotoxicidade mostraram que a escala microestrutural não influencia a toxicidade das ligas examinadas, mas sim, os fatores como tempo de incubação e composição química. De modo geral, o Zn melhorou a viabilidade celular das ligas eutéticas Sn-Cu e Sn-Ni, porém ainda com níveis citotóxicos moderados.