Microscopia Eletrnica De Varredura (MEV)

MEV Introduo

EDS

EBSD/Textura

CSL

Introduo

MO Anlise de grande reas, alm de ser : simples, rpida e pouco dispendiosa

MEV Excelente profundidade de foco

MO MEV

Mostrar Animao MEV Coluna

Eltrons so acelerados na coluna atravs de duas ou trs lentes eletromagnticas por tenses de 1 a 30 kV.

Feixe colimado atinge a superfcie da amostra

W - Tungstnio Durao: Aprx. 60~80 horas Tipo: Padro Resoluo: 3nm @ 30KV

Tipos de filamentos

LaB6 - Hexaboreto de Lantnio Durao: Aprx. 1000 horas Tipo: Opcional Resoluo: 2nm @ 30KV

FEG Durao: Aprx. 7000 horas Tipo: Padro FESEM Resoluo: 1nm @ 15KV

Interaes Eltrons- Amostra

As interaes nas quais ocorre a mudana na trajetria do eltron, sem que ocorra variao na sua energia cintica so ditas interaes

elsticas

Na interao entre o eltron e o ncleo existe conservao do momento e energia, sendo portanto uma interao do tipo elstica.

O eltron do feixe ao penetrar no tomo ir interagir tambm com os eltrons ao redor do tomo resultando principalmente em espalhamento

inelstico do eltron e transferncia de energia para o tomo.

(Relacionado com SE)

Eltrons Secundrios: (ES) fornecem imagem de topografia da superfcie da amostra e

So os responsveis pela obteno das imagens de alta resoluo. Possuem energia inferior a 50 eV

Eltrons Retroespalhados: (BSE ou ERE) Fornecem imagem caracterstica de variao de composio;

A imagem reproduzida ser escura para elementos de baixo nmero atmico e clara para elementos de alto nmero atmico. Possuem energia superior a 50 eV;

Os eltrons retroespalhados com energia prxima a dos eltrons primrios so aqueles que sofreram espalhamento elstico e so estes que formam a maior parte do sinal de ERE.

O sinal de ERE resultante das interaes que ocorreram mais para o interior da amostra, ERE com baixa energia, so provenientes da regio do volume de

interao com maior dimetro do que o dimetro do feixe primrio.

Portanto a resoluo da imagem gerada por esses eltrons pior do que a resoluo da imagem correspondente dos ES.

Variveis Envolvidas na aquisio de imagens

Microanalise por Energia Dispersiva EDS

A deteco dos raios-X emitidos pela amostra pode ser realizada tanto pela medida de sua energia (EDS) como do seu comprimento de onda (WDS).

Diagrama esquemtico da variao da intensidade do espectro contnuo e do espectro caracterstico com a energia

Processo Auger - uma transio no radioativa onde a diferena de

energia entre uma camada e outra pode ser transmitida para um eltron

de camada mais externa, causando a emisso de um eltron (eltron

Auger) com energia cintica especfica.

Processo de raios-X caracterstico - uma transio radioativa onde a

diferena de energia expressa como um fton de radiao

eletromagntica com energia altamente especfica.

Energia crtica de ionizao

A ionizao de camadas internas ocorre quando o eltron removido de uma camada interna e ejetado do tomo.

Como cada camada e subcamada interna tem sua energia bem definida, para retirar um eltron de uma determinada camada necessrio uma

energia crtica de ionizao, tambm conhecida como energia crtica de

excitao ou energia de raios-X de absoro.

Cada camada ou subcamada de um tomo requer uma energia mnima especfica, como por exemplo o caso da platina mostrado na Tabela.

Na espectroscopia por energia dispersiva (EDS - energy-dispersive

spectroscopy), os raios-X so distribudos no espectro por ordem de sua

energia e mais comumente do baixo nmero atmico (baixa energia) para

elevado Z (alta energia)

Normalmente so usados os picos de energia entre 0 e 10 keV o que

permite a observao das seguintes raias: - raias K para o Be (Z = 4) at o Ga (Z = 31),

- raias L desde o Ca (Z = 20) at o Au (Z = 79), - raias M para o Nb (Z = 41) at o mais alto nmero atmico.

O detector de energia dispersiva um dispositivo de estado slido usado para detectar os raios-X e converter sua energia em cargas eltricas.

Essas cargas sero o sinal e que quando processadas identificam a energia dos raios-X e consequentemente seus elementos.

Exemplo: Para o ao duplex :

As amostras polidas, com e sem ataque eletroltico, foram analisadas no MEV com os seguintes parmetros:

tenso de acelerao mantida em 20 KV e

corrente eltrica emitida pelo filamento em 100 A.

Para eltrons secundrios o spot size utilizado foi em torno de 450 e

altura associada ao detector em torno de 9 mm.

Com a deteco de uma possvel fase chi nas amostras, foram feitas imagens sem o ataque eletroltico, no modo de eltrons retroespalhados,

para a melhor visualizao da fase chi que,

Por conter maior quantidade de molibdnio do que a fase sigma aparece com colorao mais clara nas micrografias, onde possvel quantifica-la.

EBSD/Textura

Peas e componentes policristalinos contm cerca de 10 gros, com tamanho de gro entre 10 a 100 m .

As propriedades do policristal dependem da forma, do tamanho e da orientao destes gros.

As orientaes de todos os gros podem estar concentradas em torno de algumas orientaes particulares.

Nesta ltima condio, o agregado policristalino apresenta orientao preferencial ou textura cristalogrfica.

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ORIGEM DAS TEXTURAS NOS MATERIAIS:

A orientao preferencial dos gros de um material, ou seja, sua

textura cristalogrfica, pode ser introduzida no material,

intencionalmente ou no, de diversas formas :

solidificao direcional, deformao plstica, recristalizao, transformao de fase.

A ORIENTAO DE UMA COMPONENTE PODE SER DADA EM

INDICES DE MILLER OU NGULOS DE EULER :

A orientao se faz com respeito aos eixos macroscpicos DL, DT e

DN, referindo-se a estes os eixos do cristal que lhes so paralelos.

O intuito fixar a posio dos eixos [100], [010] e [001] da rede

cristalina com respeito ao triedro DL-DT-DN.

0

001

DT

DL

DN

100

0

rst

uvw

hkl

ORIENTAO EM NGULOS DE EULER

A orientao de um cristal definida por trs ngulos de Euler, que

so rotaes consecutivas que, aplicadas aos eixos [100], [010] e

[001] da clula cristalina, torna-os coincidentes com os eixos DL,

DT e DN, respectivamente, da chapa ou amostra do material.

A notao mais usada para os ngulos de Euler foi proposta por

Bunge, utilizando os ngulos e 2 , definidos como :

RELAO ENTRE NGULOS DE EULER E {hkl}

h = sen2.sen. u = cos1 cos2. sen1 sen2.cos.

k = cos2.sen. v = -cos1. sen2. sen1. cos2. cos.

l = cos. w = sen1. sen.

Com estas relaes, podem-se construir bacos relacionando os ndices aos ngulos, em geral, mantendo-se um dos ngulos constante :

Espao de orientaes de Bunge Seo de 2 = 45

0

Mtodos de Medida da Textura Cristalogrfica

Tcnicas para avaliar orientao cristalina

Raios X ( macrotextura) - analisa grandes volumes

-estvel

MET - resoluo da ordem de 2 m -capacidade de analisar apenas pequenas regies

EBSD/MEV ( microtextura e mesotextura) -resoluo menor que 0,1 m (filamento de W) e 50 m (FEG) -capaz de analisar rapidamente reas da ordem de

(100x100) m

PROJEO PADRO Projeo estereogrfica de plos de um sistema

Figura de Polo Direta - idealizada

RD Direo de laminao; ND- Direo Normal; TD Direo Transversal

Figura refere-se a uma chapa laminada.

Existe uma concentrao da direo em RD e no plano definido

por ND e TD a 45 de ND.

Tal textura descrita pela notao {110} , que afirma que os

planos so paralelos a superfcie da chapa e as direes so paralelas

a RD

Figura de Polo Direta (Real)

Figura de Polo Inversa

Calcula-se a densidade dos plos dos planos {hkl} paralelos dada superfcie da amostra com referncia a uma amostra sem textura. A densidade de plo a intensidade difratada por um plano {hkl} da amostra normalizada pela intensidade difratada pelo mesmo plano de uma amostra sem textura,

Dhkl = Ia

hkl / Ip

hkl

em unidades vezes o padro aleatrio (2 vezes o padro, etc). A amostra sem textura (padro) tem que ser preparada ou calculada teoricamente.

As intensidades normalizadas dos planos difratantes so

registradas sobre um tringulo estereogrfico do sistema

cristalino do material, sobre os plos correspondentes.

Figura de Plo Inversa Tringulo estereogrfico

Funo de Distribuio de Orientao Cristalina (FDOC ou ODF)

A FDOC especifica a frequncia de ocorrncia (ou probabilidade de encontrar) de uma dada orientao {hkl} em uma amostra do material.

Esta probabilidade, numa amostra sem textura, igual unidade ( = 1)

EX: FDOC de materiais CFC laminados a frio

Sees de 2 = 450 das FDOCs de chapas laminadas 90% a frio

para cobre, alumnio e lato-.

Componentes tpicas do tubo de orientaes da textura de

deformao dos CFCs.

EX: FDOC de materiais CCC laminados a frio

As texturas de laminao a frio dos materiais CCC se caracterizam

por apresentar as orientaes principais localizadas em duas fibras

parciais : {hkl} e {111}.

Ao-C 60% laminado a frio.

IF

60%

EX: FDOC de materiais CFC Recristalizados

A componente tpica de recristalizao de materiais CFC a

textura de cubo: {001}.

Ela aparece, em maior ou menor intensidade, em todas as texturas

de recristalizao dos materiais CFC.

Cobre laminado 50% e recristalizado a 4000 C.

Cobre laminado 80% e recristalizado a 4000 C.

(001)[100]

A utilizao da tcnica de EBSD em estudos de microtextura e

mesotextura

A amostra posicionada em ngulos entre 70 e 80 com relao

ao feixe de eltrons,

De modo a encurtar o percurso dos eltrons retroespalhados e

diminuir a frao de eltrons absorvidos pela prpria amostra

Os padres de Kikuchi de alto ngulo formados so captados por

uma tela de fsforo

Mostrar animao EBSD/MEV

A largura das bandas est diretamente relacionada ao espaamento interplanar.

O ngulo entre as bandas corresponde ao ngulo entre os planos cristalinos.

Identifica-se as linhas retas. Mede-se o ngulo entre as linhas, dando origem a uma lista de ngulos encontrados.

Existe uma lista terica dos os possveis ngulos para cada rede de Bravais.

Tabela de Votos

Padres indexados com CI maior que 0,1 possuem 95% de certeza

Para cada ponto analisado, so armazenados: coordenadas X,Y

IQ do padro CI da identificao

ngulos de Euler 1, , 2 Fase cristalina

Depois de realizada a varredura por EBSD em uma amostra, Pode se representar a textura obtida naquela regio. Ex: Figura de Polo

Direta

Ou por ODF

Microscopia por imagem de orientao (MIO)

Diversas formas de reconstruo da imagem inicialmente varrida e

analisada por EBSD a partir do arquivo de dados gerado.

Ferramenta perfeita para estudos da textura local, do carter cristalogrfico das interfaces

EX:IQ

Figura - Mapa do ndice de qualidade (IQ) de uma amostra de lato- deformada em 70% em laminao e posteriormente submetida recristalizao parcial temperatura de 450C por 1 min. Contornos de baixo ngulo (15) encontram-se destacados em vermelho.

EX: Mapa de Orientao (MO)

Caracterizao dos contornos de gro

Para definir a cristalografia do contorno do gro, torna-se necessrio fazer uso de formas de representao que relacionem as

clulas unitrias de gros vizinhos.

Uma maneira atravs de um par eixo-ngulo capaz de levar uma rede cristalina coincidncia com a outra

Escolhido um eixo comum, basta determinar o ngulo de rotao necessrio para levar as redes coincidncia.

Pode-se ento construir uma funo de distribuio de mesotextura. (MDF Misorientation Distribution Function)

Figura - Funo de distribuio de mesorientao de uma amostra de Inconel 625, submetida a tratamento para aumentar a quantidade de contornos CSL. Pode-se observar a grande quantidade de contornos de macla (60 em torno de [111]).

Contornos CSL um critrio geomtrico

Por critrio geomtrico, ou seja, a interao fsica entre os tomos da interface no considerada, mas apenas a relao entre as

redes cristalinas de cada gro ou fase

Assim, tornou-se possvel classificar os contornos com ou na densidade volumtrica recproca de stios de coincidncia

(Coincidence Site Lattice CSL), .

Figura - Representao bidimensional da superposio utilizada para caracterizar um contorno CSL com =5 formado a partir de duas redes cbicas rodadas de 36,9 em torno do eixo . Os crculos negros denotam os stios de coincidncia entre as redes branca e cinza

Eixo

1 0 Qualquer um

3 60

5 36,87

7 38,21

9 38,94

11 50,48

13a 22,62

13b 27,80

15 48,19

17a 28,07

17b 61,93

19a 26,53

19b 46,83

21a 21,79

21b 44,40

23 40,45

25a 16,25

25b 51,68

27a 31,58

27b 35,42

29a 43,61

29b 46.39

Tabela 1 Pares eixo-ngulo correspondentes aos contornos CSL at =29 nos sistemas cbicos

Tem-se observado que o aumento da percentagem destes contornos tem levado a materiais com menor resistividade

eltrica, maior resistncia corroso intergranular e maior

resistncia fluncia.

Resta avaliar at que ponto o critrio CSL tem algum sentido fsico ou influencia de forma significativa as propriedades

macroscpicas.

Tentam alterar o perfil de distribuio de contornos CSL, realizando-se assim uma engenharia de contorno de gro.

Baterias perdem eficincia no processo de carga e descarga com o uso devido degradao de seus materiais componentes. A reao PbO2PbSO4 resulta em alterao de volume no anodo, o que causa corroso intergranular na liga de Pb. A falha final da placa pode se dar por fluncia ou trincamento devido ao ataque intergranular. Uma das formas de minimizar este problema adicionar elementos de liga como Ca, Sn, Ag e Ba. Outra alternativa seria aumentar a quantidade de contornos CSL.

Placas de bateria submetidas ciclagem entre 0,8V e 1,4 V a taxa de 2 ciclos por dia por 35 dias com 12% e 65% de contornos CSL