Obtenção e caracterização microestrutural de ligas Fe(100-x)Ti(x) (x = 5, 10, 15 e 20) objetivando exploração de propriedades magnetostrictivas

Resumo

Materiais que apresentam magnetostricção têm como principal característica apresentar deformações reversíveis e mudanças nas propriedades magnéticas na presença de tensão e campo magnético aplicados. Quase todo material ferromagnético apresenta magnetostricção, mas há uma classe restrita daqueles que apresentam altos valores de magnetostricção em baixos campos. Estas características despertam grande interesse no campo de aplicação que envolve o desenvolvimento de sensores e atuadores. Neste sentido os materiais mais interessantes atualmente são: a) ligas TbxDy100-x. (Tb=Térbio; Dy=Disprósio), b) compostos RFe2 (R=terra rara), c) ligas de vidro metálicos amorfos à base de Fe e d) ligas de Fe100-xGax. As principais limitações dos materiais acima citados de 1 a 3 são respectivamente: a) baixos valores de temperatura de Curie [1], b) fragilidade mecânica e alto custo do Tb e Dy, [1] e c) magnetostricção de saturação relativamente baixa, apesar de apresentarem um alto coeficiente de acoplamento magneto-mecânico, propriedade adequada para utilização em sensores [2].Ligas cristalinas do sistema Fe-Ga apresentam valores altos de magnetostricção de saturação (ls) em campos baixos com ótimas propriedades mecânicas, sendo a magnetostricção na direção cristalográfica [100] da ordem de l100 = 400 ppm, em temperatura ambiente, podendo chegar a 1000 ppm para ligas solidificadas rapidamente. A título de comparação o Fe puro apresenta l100 de 20 ppm. No entanto, ainda não é muito claro como a introdução de um elemento não magnético no Fe pode causar este aumento tão significativo da magnetostricção [3]. No sistema Fe100-xGax as ligas apresentam solução sólida com estrutura A2 para quantidades de Ga entre 0 < x < 36 para temperaturas entre a ambiente e 1037 °C. Entretanto, para composições de Ga maiores que x = 20, a solução sólida pode se decompor em diferentes fases ordenadas para as estruturas do tipo B2, DO3, DO19 e L12 em temperaturas a partir de 600 °C dependendo da taxa de resfriamento aplicada. As fases com estrutura A2 e B2 fornecem uma contribuição alta e positiva para a magnetostricção, mas por outro lado a fase DO3 dá uma contribuição positiva porém, bem menor [4]. No sistema Fe100-xTix, que pretendemos estudar, também podem estar presentes as fases A2 para 0 < x < 27,6 e a fase B2 para 48 < x < 50,2. No entanto, neste caso somente a fase A2 é magnética em temperatura ambiente. No intervalo de 0 < x < 27,6 a fase A2 coexiste com a fase C14, sendo que a solubilidade máxima de Ti em Fe para a fase A2 é 10% para T = 1289 °C. Ressaltamos que não foram encontrados dados de magnetostricção na literatura para ligas Fe-Ti. Temos interesse em estudar o sistema Fe-Ti devido à presença da fase A2 neste sistema que é a que apresenta os maiores valores de ls no caso do sistema Fe-Ga. O raio atômico do Ti é cerca de 4% maior que o do Ga, o que favoreceria o aumento da magnetostricção se a dilatação da rede for realmente um fator importante neste caso. As ligas Fe100-xTix que pretendemos estudar têm x = 5, 10, 15, 20 e através de tratamentos térmicos pretende-se determinar as condições para a obtenção das fases A2 pura e A2+C14. As amostras serão caracterizadas quanto a microestrutura por medidas de difração de raios-X (fases), microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica; Recentemente tivemos aprovado projeto junto a FAPESP (processo 04/09779-1) para aquisição de microdilatômetro capacitivo que permitirá a realização no nosso departamento de medidas de magnetostricção de amostras massivas. Se o equipamento estiver em operação dentro do período de vigência da bolsa, as medidas serão realizadas.[1] W. Mei, T. Okane, T. Umeda, J. Appl. Phys., vol.48 (11), pp.6208-6212, 1998.[2] A. Inoue, J.S. Gook, Mater. T. JIM, vol 36 (9), pp.1180-1183, 1995. [3] N. Srisukhumbowornchai and S. Guruswany, J. Appl. Phys., vol.90 (11), pp.5680-5688, 2002.[4] A. Kumagai et al., JMMM, vol. 272-276, pp. 2060, 2004. (AU)