Solidificação de ligas metálicas eutéticas de BiCd e BiSn em ambiente de microgravidade utilizando tubo de queda livre (Drop Tube)

• Main Author: Filipe Estevão de Freitas
• Publication Date: 2016
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
• Download full: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/02.03.17.34

O ambiente espacial oferece oportunidades únicas para a ciência e tecnologia dos materiais por causa da presença da microgravidade. A microgravidade constitui uma ferramenta poderosa para o melhor entendimento de questões fundamentais do conhecimento, permitindo estudar e compreender melhor os processos físicos, químicos e biológicos e, então, dar ênfase a esses fenômenos quando ocorre na gravidade terrestre. O processo de solidificação de um metal envolve uma série de variáveis, como a composição química da liga metálica, a temperatura de vazamento do metal líquido juntamente com a intensidade das correntes convectivas durante o preenchimento do molde, a troca de calor entre o metal e o molde e as consequentes taxas de resfriamento da peça. Na microgravidade, o metal líquido não sofre troca de calor por convecção e, também, não é necessário um molde que o contenha. Deste modo, experimentos em ambiente de microgravidade possibilita entender e aperfeiçoar o processo de solidificação. O objetivo desse trabalho foi estudar a influência da microgravidade na solidificação das ligas metálicas eutéticas de Bismuto-Cádmio (BiCd) e Bismuto-Estanho (BiSn), utilizando um tubo vertical de queda livre de 3 metros pertencente ao Laboratório Associado de Sensores e Materiais no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (LAS/INPE). Para esse estudo, utilizou-se as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), difração de raios X (DRX) e densimetria para caracterizar e averiguar as microestruturas e aspectos das ligas. Analisou-se a teoria de transferência de calor por condução envolvida no processo através de modelos matemáticos, a fim de comparar os resultados teóricos e práticos e verificar a compatibilidade entre eles. Os resultados obtidos mostram que a liga eutética de BiCd apresentou uma estrutura predominantemente irregular para amostras solidificadas em $\mu$g e regular + irregular para aquela solidificada em 1g. Para liga eutética BiSn, as estruturas das amostras solidificadas em $\mu$g e 1g se mostraram irregulares. As amostras solidificadas em microgravidade apresentaram aspectos mais homogêneos e uniformes do que aquelas solidificadas em gravidade terrestre. Provavelmente, isso ocorreu devido à ausência de fluxos convectivos e favorecimento da nucleação homogênea durante a solidificação em $\mu$g. Apesar de suas limitações, a análise teórica de transferência de calor revela-se um ótimo indicador dos possíveis diâmetros das gotículas que podem ser obtidas no drop tube.