INCORPORAÇÃO DE CARBONO NO ALUMÍNIO E NO AÇO 1020

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Química Inorgânica

Autores

Motta, I.A. (IF SUDESTE MG) ; Rodrigues, V.M.N. (IF SUDESTE MG) ; Venancio, D.S. (IF SUDESTE MG) ; Toledo, T.A. (IF SUDESTE MG) ; Barbosa, D.B.A. (IF SUDESTE MG)

Resumo

Com o intuito de analisar a incorporação de carbono nos metais e nas ligas metálicas, foram preparadas e caracterizadas amostras de alumínio e aço 1020 utilizando o carvão vegetal como fonte de carbono. As análises envolveram a determinação do teor de carbono nos espécimes. Todas as caracterizações foram realizadas por difração de raios X em um difratômetro Bruker, modelo D8 - Discover. O estudo dos difratogramas nos permitiu conhecer o conteúdo de carbono, obtido por comparação das posições dos ângulos (expressos em valores de 2θ), intensidade e perfil dos picos de maior intensidade dos materiais puros e das misturas: alumínio/carvão vegetal e limalha de aço 1020/carvão vegetal, respectivamente.

Palavras chaves

incorporação de carbono; alumínio; aço 1020

Introdução

Na modernidade, com a iminente troca de materiais no mercado, que busca sempre o custo/beneficio, o aço vem sendo trocado pelo alumínio. Essa liga de ferro e carbono, que teve sua produção iniciada na Idade do Ferro, tem produtividade considerada como um indicador de progresso econômico devido o papel crucial desempenhado na infraestrutura e no desenvolvimento econômico global e tem suas propriedades determinadas pelo teor de carbono, que atua como agente de resistência (BARRETT, et.al., 1973). O alumínio é um material constante no projeto de um novo produto, sempre em contraponto com o tradicional aço-carbono. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão, baixo ponto de fusão e baixo custo para a sua reciclagem lhe conferem uma multiplicidade de aplicações. Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço (NPCS Board of Consultants & Engineers, 2007). Avaliando as diversas vantagens oferecidas pela utilização do alumínio, este presente trabalho visa incorporar ao alumínio o carbono que, possivelmente, agiria como agente de resistência, comportamento semelhante ao do carbono no aço.

Material e métodos

A preparação das amostras foi realizada com adaptações do método proposto por Alves (2007). Inicialmente foram homogeneizada limalha de aço 1020 e carvão vegetal pulverizado, na proporção de 1:1. Foram medidos em uma balança analítica 2,5 g de cada reagente. Misturou esses usando o gral de porcelana com pistilo e a mistura foi disposta em cadinhos de porcelana que, em seguida, foram aquecidos no forno tipo mufla com uma taxa de 20ºC/min até a temperatura de 800ºC. Foram feitas três amostragens com tempo de calcinação 1 hora, 2 horas e 3 horas. Em seguida as amostras foram resfriadas a temperatura ambiente. Após o resfriamento cada amostra foi pulverizada manualmente com o gral de porcelana por 5 minutos para serem caracterizadas. O mesmo procedimento foi adotado para três amostras de alumínio, para as quais foram utilizados alumínio granulado e carvão vegetal pulverizado, na proporção de 1:1. A mistura foi disposta em cadinhos de porcelana que, em seguida, foram aquecidos no forno tipo mufla com uma taxa de 20ºC/min até a temperatura de 400ºC. As amostras foram retiradas de 1 em 1 hora e resfriadas a temperatura ambiente. Após o resfriamento as amostras foram pulverizadas manualmente com o gral de porcelana por 5 minutos para serem caracterizadas. Todas as amostras obtidas foram caracterizadas por difração de raios X a temperatura ambiente em um difratômetro Bruker, modelo D8 - Discover. As condições instrumentais consideradas para a caracterização variou conforme o tipo de amostra e estão especificadas nos difratogramas.

Resultado e discussão

A caracterização por difração de raios x para as amostras mostram o mesmo padrão de difração (Figura 1). Na análise da figura 1 pode-se observar a absorção do carbono, presente no carvão vegetal, em altas temperaturas pelo alumínio. Isso é comprovado pelo deslocamento dos picos de difração para a esquerda quando comparamos o tempo de aquecimento, de acordo com o estudo proposto por HESSE et.al.(1970). Os resultados da análise de difração de raios x para a mistura de limalha de aço 1020 e carvão vegetal são apresentados na figura 2. De acordo com a figura 2, pode-se observar a absorção do carbono presente no carvão vegetal pela limalha de aço na primeira hora de aquecimento.

Difratogramas de raios x da mistura alumínio e carvão vegetal em função do tempo.


Difratograma de raios x da mistura de limalha de aço 1020 e carvão vegetal após uma e três horas.

Conclusões

O estudo por difração de raios X permitiu a identificação da incorporação de carbono nas amostras de alumínio e aço 1020 demonstrando que o método de obtenção utilizado está adequado. Análises metalográficas e ensaios mecânicos estão sendo realizados.

Agradecimentos

Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais – Campus Juiz de Fora e ao Núcleo de Espectroscopia e Estrutura Molecular da UFJF

Referências

ALVES, J.O.; ZHUO, C.; LEVENDIS, Y.A.; TENORIO, J. A.S. Síntese de nanotubos de carbono a partir do bagaço da cana-de-açúcar. Rem: Rev. Esc. Minas [online], vol.65, n.3, p. 313-318, 2012.
BARRETT, C.R.; NIX, W.D.; TETELMAN, A.S. The principles of materials engineering. Prentice-Hall, 1973.
HESSE, ROBERT A., SANDUSKY, OHIO, SAVERIO MINERVINI, FORT LEE, N.J.,R-ray diffraction method of determining carbon content in steel. Patented mar. 17, 3, 501,633, 1970.
NPCS Board of Consultants & Engineers. The Complete Technology Book on Aluminium and Aluminium Products. Asia Pacific Business Press Inc., 2007.