9 técnicas de Caracterização de Materiais

O que é uma caracterização de material?

Caracterizar um material é o processo de avaliar as propriedades físicas e químicas de uma amostra. A partir disso, podemos saber as melhores aplicações de determinada matéria ou antecipar seu comportamento. Essas informações coletadas variam de acordo com a técnica de análise usada.

Existem inúmeras  técnicas de caracterização de materiais. Os tipos de estudos são muito amplos e cada um fornece informações específicas. É possível explorar características mecânicas, estruturais e como o material reage quando exposto a condições adversas. 

Por isso, escolhemos 9 tipos de caracterização comumente usadas que englobam diferentes formas de análise para serem descritas nesse artigo. 

1 – Ensaio de Tração

Esse tipo de ensaio é usado a fim de analisar como um material se comporta mediante as trações aplicadas sobre ele.

São realizados testes com tensões distintas para observar como o corpo de prova utilizado reage a medida em que as forças variam. Normalmente o objetivo é extrair a capacidade máxima de resistência à tração do material em questão. Esse tipo de caracterização de material é muito útil para avaliar possibilidades em estruturas e construções.

Além disso, há outros tipos de ensaios que avaliam características mecânicas como, por exemplo, os de compressão, dureza e impacto.

 2 – Metalografia – Microscopia Ótica

A metalografia consiste em analisar e classificar tipos de metais. Para isso, as amostras são cortadas, lixadas, polidas e expostas a reagentes químicos para que a análise seja mais precisa. Essa etapa é fundamental pois a parte de observação só é viável caso a amostra esteja apropriada para os métodos de estudo.

A análise é dividida em duas: microscopia e macroscopia. A primeira consiste em utilizar microscópios específicos – conhecidos como “microscópios metalúrgicos” -, que proporcionam aumentos da imagem. Já a macroscopia é feita a olho nu, com lupas ou com microscópios. Porém, são utilizados aumentos menores do que os da microscopia.

A partir disso, podemos obter informações sobre a microestrutura do material e o que a compõe. Esses componentes irão variar de acordo com os processos aplicados a amostra em questão.

Pode-se também examinar dados específicos de cada liga como porcentagem em cada fase que a constitui e tamanho médio dos grãos. A partir dessa caracterização de material, é possível identificar como certo material foi processado e até mesmo prever o comportamento mecânico desse.

3 – Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET)

Essa técnica é utilizada para a obtenção de imagens muito mais ampliadas do que as citadas anteriormente. O microscópio, ao invés de usar luz visível, emite elétrons que irão atravessar determinada amostra. A partir disso, quando os elétrons atingem um anteparo, é gerada uma imagem bidimensional centenas de milhares de vezes aumentada.

Essa técnica de caracterização de material é utilizada para analisar características: composicionais, estruturais, cristalográficas, espectoscrópicas e estudar falhas. 

4 – Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Os objetivos da MEV são bastante parecidos com os da MET. Ambas imagens de raio-X proporcionam uma melhor visão e exame sobre a composição elementar de um material. Ademais, coincidem no fato de que não usam  luz visível e emitem elétrons para gerar uma imagem ampliada em enorme escala. 

A diferença entre as duas técnicas está na forma como os elétrons interagem com a amostra. No caso da MEV, há a irradiação da superfície do material, o que gera sinais elétricos – futuramente transformados em imagem.

5 – Radiografia – Difração de Raio-X (DRX)

A Difração de Raio-X tem como principal objetivo determinar ou averiguar a estrutura cristalina em um material.

O procedimento consiste em um feixe de raio-X direcionado para uma amostra. Essa amostra, caso tenha átomos cristalinos, fará com que esse feixe seja difratado em direções específicas. Os ângulos entre os feixes difratados e também suas intensidades servirão de base para a análise de estruturas do cristal observado. 

6 – Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR)

Primeiramente, vale explicar o que é a espectroscopia. Ela consiste em analisar a interação entre a radiação e a amostra em questão. A partir dessas interações ou alterações nos níveis de energia das moléculas, pode-se obter determinadas informações sobre o material analisado.

A FTIR é um tipo de espectroscopia de absorção que utiliza a região do infravermelho. Essa caracterização de materiais permite distinguir alguns compostos e analisar suas características estruturais. Tudo isso é obtido através do comprimento das ondas absorvidas e das suas intensidades a partir de um feixe de luz infravermelha. Esse procedimento é usado normalmente para identificar moléculas organometálicas ou orgânicas.

7 – Microscopia de Força Atômica – AFM

A microscopia de força atômica é um tipo de caracterização que permite examinar uma amostra a nível atômico.

A máquina funciona com uma espécie de “ponta” muito fina, controlada por um scanner que entra em contato com o material a ser analisado. Dessa forma, um laser é direcionado à amostra. Quando esse é defletido, detectores captam tais deflexões e, a partir delas, montam uma imagem tridimensional.

O AFM pode ser utilizado tanto para estudo de metais, quanto para o de materiais biológicos, isolantes e semicondutores. Além disso, pode atuar submetido a baixas e altas temperaturas, na presença de ar e, também, em meios líquidos.

Essa ferramenta é capaz de fornecer informações diversificadas como: distinção de materiais na superfície de uma amostra, análise da rugosidade superficial e estudo de forças intramoleculares.

8 – Análise Termogravimétrica (TGA)

A análise termogravimétrica, TGA, é uma técnica muito utilizada para materiais poliméricos. A partir dela é possível tirar informações variadas.

Essa caracterização de materiais envolve o monitoramento da massa em função do tempo ou da temperatura. Ela pode ser usada para medir estabilidade térmica, velocidade de degradação polimérica, oxidação, teor de resíduos, entre outras aplicações. A técnica consiste na análise desse resultado em formato gráfico, assim como as taxas de variação da curva.

Além dessa, outras técnicas também são muito utilizadas para polímeros como a Cromatografia de Permeação em Gel e a Calorimetria Exploratória Diferencial. 

Essas duas em específico focam em análises de pontos de transição térmica e informações sobre a estrutura e massa molar.

9 – Líquidos Não Penetrantes

A técnicas de Líquidos Não Penetrantes é muito utilizada no Brasil. Os benefícios dessa técnica são a sua facilidade de execução e seu baixo custo. Sua principal característica é ser um ensaio não destrutivo, ou seja, é feito sem danificar o material. Dessa forma é possível fazer análises em maquinários sem parar o seu funcionamento ou operação.

O ensaio consiste em uma análise a partir do despejo de um líquido de coloração vibrante ou fluorescente. Esse fluido então entra em defeitos superficiais presentes e facilitam a sua identificação para uma inspeção visual.

Por fim, vemos que a partir dessas técnicas podemos retirar diversas informações sobre determinado tipo de material. A partir disso, pode-se antecipar comportamentos de materiais em situações práticas, averiguar a viabilidade de seu uso ou se é necessário buscar uma melhor alternativa. 

Um projeto de Estudo de Materiais utiliza esses dados para averiguar qual material se adequaria a determinado caso. Juntamente com uma análise das funções das peças, essas informações fundamentam a melhor escolha para um material.

A Fluxo Consultoria executa esse tipo de projeto e, a fim de obter um maior embasamento, possui parcerias com departamentos na UFRJ que realizam tais técnicas. Além de executar o Estudo de Materiais em etapas na maioria de seus projetos, já o realizou para empresas e instituições conhecidas. Por exemplo, fizemos um projeto com esse item da carta para a Aeronáutica.