A microestrutura das ligas de alumínio

O exame da microestrutura das ligas de Al é uma ferramenta útil para entender os mecanismos de corrosão. Isto porque estas ligas, mesmo quando classificadas como comercialmente puras, possuem fases segregadas da solução sólida da matriz (no caso das ligas comercialmente puras, fases compostas por Al e Fe e/ou Si, provenientes de contaminação durante o processo de produção). Como já destacado anteriormente, geralmente, estas fases apresentam potenciais diferentes da matriz, e estão ligadas aos processos de corrosão localizada, sendo responsáveis pela sua iniciação mesmo em meios considerados não agressivos. No que concerne às ligas de Al de elevada resistência mecânica: séries 2XXX e 7XXX, a adição de diversos elementos de liga, e também a necessidade de realizar tratamentos térmicos e/ou mecânicos para aumentar a resistência mecânica, torna a microestrutura das mesmas complexas (LACROIX et al., 2009). Estes tratamentos termo-mecânicos provocam a precipitação de diferentes IMs grosseiros que permanecem na microestrutura da matriz.

Nestas ligas, estes IMs não exercem um efeito primário na determinação do potencial de corrosão porque a composição da solução sólida (matriz rica em Al), que constitui a maior fração de área e volume na microestrutura, é que domina os potencias medido (DAVIS, 1999, p. 27).

Entretanto, os IMs, na maioria das vezes, apresentam potenciais de corrosão diferentes da matriz, como foi verificado por de Wit (2004) que indiretamente, com o uso da técnica de SKPFM (Scanning Kelvin Probe Force Microscope - Sonda Kelvin acoplada a Microscópio de Força Atômica), relacionou a medida de potencial Volta realizada em uma partícula rica em cobre e ferro (Al7Cu2Fe), presente na liga de Al

7349, como sendo catódica em relação à matriz. Já para os IMs Al-Cu-Fe-Mn-(Si), presentes na microestrutura da liga 2024, Schmutz e Frankel (1998b) também utilizando SKPFM, determinaram que os mesmos são mais nobres de cerca de 300 mV em relação à matriz. Entretanto, os autores ressaltam que estes valores podem estar acrescidos de cerca de 100 mV, devido a artefatos introduzidos durante análise prévia por MEV-EDS. Foi também verificado que estas partículas exibem diferentes intensidades nos contrastes, indicando a existência de IMs com diferentes potenciais Volta (SCHMUTZ, FRANKEL, 1998a, CAMPESTRINI et al., 2004),

também utilizando SKPFM, verificaram a existência de IMs com potencial Volta entre 150 e 360 mV mais nobre que a matriz da liga.

A quantidade das já citadas partículas IMs e sua distribuição varia entre as ligas podendo também explicar os diferentes desempenhos contra a corrosão apresentados por elas. Wei, Liao e Gao (1998) citam, por exemplo, que a densidade de IMs em uma liga da série 2XXX pode ser duas vezes maior que em uma liga da série 7XXX, o que pode explicar a menor resistência contra a corrosão destas ligas quando comparada às demais (DAVIS, 1999, p.35).

A seguir, serão descritas as principais características da microestrura das ligas das séries 2XXX, tomando como exemplo a liga 2024-T3 que é muito citada na literatura em estudos eletroquímicos e de corrosão sendo uma das mais importantes na indústria aeroespacial, juntamente com as ligas da série 7XXX, de interesse deste estudo.

3.3.1. Liga 2024-T3

Para a liga de Al 2024-T3 (uma liga Al-Cu-Mg), a literatura (SCHMUTZ, FRANKEL, 1998a); (KLOET et al. ,2005) reporta a existência de dois tipos principais de IMs grosseiros (com dimensões maiores que 2µm): Al-Cu-Fe-Mn-(Si) (IMs maiores, geralmente acima de 10µm, com aspecto irregular e de caráter catódico em relação à matriz) e Al-Cu-Mg (IMs menores e arredondados que, segundo a maioria dos autores, possui caráter anódico em relação à matriz).

3.3.2. Ligas da série 7XXX

As ligas da série 7XXX possuem como elemento de liga principal o zinco (0,8% - 8,2%), o qual é altamente solúvel no Al e não exerce influência significativa em suas microestruturas (Davis, 1993, p. 494). Além disso, possuem também quantidades apreciáveis dos elementos magnésio (0,1% - 3,7%) e cobre em sua composição (0,05% - 2,6%) (DAVIS, 1999, p. 24). O alto teor de Zn presente nestas ligas torna- as mais anódicas em relação ao Al comercialmente puro, o que pode ser explicado

pela observação da série galvânica, na qual o zinco é mais anódico em relação ao Al (Davis, 1999, p. 35).

Com relação às ligas Al-Zn-Mg-Cu desta série, como a liga 7475, as partículas IMs podem possuir dimensões nanométricas, como a chamada fase η, composta por MgZn2 ou de dimensões micrométricas como a Al7Cu2Fe (Davis, 1993 p. 494). A

fase η é indicada como sendo a principal partícula IM endurecedora das ligas da série 7XXX. Estas partículas são finamente dispersas nos grãos e em seus contornos, no qual são citadas como sendo as responsáveis por fenômenos de corrosão intergranular (BIRBILIS, CAVANAUGH, BUCHHEIT, 2006).

Birbilis, Cavanaugh e Buchheit (2006) citam que as partículas Al7Cu2Fe são maiores,

comparativamente aos outros IMs das ligas 7XXX, e que possuem formato irregular, com dimensões da ordem de até 10 1m, classificando-as como as maiores nas ligas Al-Zn-Mg-Cu. Com relação à quantidade e distribuição destas IMs de Al7Cu2Fe na

microestrutura das ligas da série, os autores citam como exemplo o caso da liga 7075, no qual esta partícula representa 65% dentre todas as presentes. Wloka e Virtanen (2007) citam que além desta partícula de Al7Cu2Fe, as ligas da série 7XXX

possuem também, entre os IMs maiores, partículas de Mg2Si. Porém estes IMs não

foram encontrados no material investigado no presente estudo.

De Wit (2004) identifica por meio de MEV/EDS para a liga 7349 quatro principais partículas intermetálicas, também de dimensões micrométricas (de 1 µm a 10 µm), a saber: Al7Cu2Fe (já citada), (Al,Cu)6(Fe,Cu,Mn), Mg2Si (já citada) e (Al,Cu,Fe,Mn,Si).

O autor ainda cita que para o caso de outra liga, a 7075, as partículas IMs mais abundantes na microestrutura são aquelas que contêm Cu e Fe e que nesta liga, as partículas IMs de (Al, Cu, Fe, Mn, Si) são ausentes. Este autor verificou que, em ambas as ligas (7349 e 7075), os IMs de Al7Cu2Fe possuem a mesma composição e

são caracterizados por possuírem uma relação (m/m) de Cu/Fe entre 1,5 e 2,5, e que podem ser enriquecidos também com o Mn (cerca de 1%).