Obtenção de propriedades estruturais e térmicas da liga nanoestruturada de alta entropia CrMnFeNiCu produzida por moagem mecânica

Abstract

As Ligas de Alta Entropia são caracterizadas pela presença de pelo menos cinco elementos principais, com porcentagens atômicas variando entre 5% e 35%. Essas ligas têm apresentado resultados promissores em estabilidade mecânica, térmica e estrutural. A alta entropia configuracional presente nessas ligas tem uma influência direta em suas fases constituintes, na cinética de formação de fases, na deformação da rede cristalina e, consequentemente, em suas propriedades físicas e mecânicas em geral. Especificamente, observa-se um aumento na solubilidade entre os elementos constituintes, resultando em fases e microestruturas mais simples, como cúbica de face centrada (CFC), cúbica de corpo centrado (CCC) e hexagonal compacta (HCP). O presente trabalho de conclusão de curso teve como objetivo sintetizar uma liga de alta entropia composta por Cromo, Manganês, Ferro, Níquel e Cobre em proporções equiatômicas, por meio de moagem mecânica de alta energia (Mechanical Alloying) em um moinho do tipo vibratório, e caracterizar suas propriedades físicas e químicas. A liga foi submetida a ensaios de difratometria de raio X (DRX) em 2 e 5 horas de moagem, para avaliar a evolução estrutural, onde constatou-se que o material apresenta fases cristalográficas cúbica de face centrada (CFC) e cúbica de corpo centrado (CCC). Com o aumento do tempo de moagem houve uma redução na intensidade dos picos associados à fase cúbica de corpo centrado (CCC). A fase cúbica de face centrada (CFC) se manteve estável após 5 horas de moagem, demonstrando alta estabilidade estrutural da liga. Foram realizados ensaios de calorimetria diferencial de varredura (DSC) no intervalo de temperatura de 40-530ºC em diferentes tempos de moagem. Verificou-se que, entre 150 a 460°C as curvas apresentaram uma larga banda exotérmica, seguida de um comportamento endotérmico acima de 473 °C, indicando que a amostra absorve energia em temperaturas superiores. Após 5 horas de moagem, o material apresentou um calor específico de 0,5882 J/gK.

High Entropy Alloys are characterized by the presence of at least five main elements, with atomic percentages ranging from 5% to 35%. These alloys have shown promising results in mechanical, thermal, and structural stability. The configurational high entropy in these alloys has a direct influence on their constituent phases, phase formation kinetics, deformation of the crystal lattice, and consequently, their overall physical and mechanical properties. Specifically, an increase in solubility between the constituent elements is observed, resulting in simpler phases and microstructures such as face-centered cubic (FCC), body-centered cubic (BCC), and hexagonal close-packed (HCP). The present study aimed to synthesize a high entropy alloy composed of Chromium, Manganese, Iron, Nickel and Copper in equiatomic proportions through high-energy mechanical alloying in a vibratory mill and characterize its physical and chemical properties. The alloy was subjected to X-ray diffraction (XRD) analysis at 2 and 5 hours of milling to assess the structural evolution, revealing the presence of face-centered cubic (FCC) and body-centered cubic (BCC) crystallographic phases. With increasing milling time, a reduction in the intensity of peaks associated with the body-centered cubic (BCC) phase was observed. The face-centered cubic (FCC) phase remained stable after 5 hours of milling, demonstrating high structural stability of the alloy. Differential scanning calorimetry (DSC) tests were performed in the temperature range of 40-530°C at different milling times. It was found that the curves exhibited a broad exothermic peak between 150 and 460°C, followed by an endothermic behavior above 473°C, indicating energy absorption by the sample at higher temperatures. After 5 hours of milling, the material exhibited a specific heat capacity of 0.5882 J/gK.