Interpreting the Notion of Attention by an HA-GRNN . 217

Com o intuito de compreender o comportamento eletroquímico das ligas 2024-T3 e 7475-T651 soldadas por FSW, foram avaliadas as superfícies de diferentes regiões da solda, pela técnica de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS, do inglês X-Ray Photoelectron Spectroscopy), antes e após exposição em solução de 0,1 M de Na2SO4 + 1

mM de NaCl. Esta é uma técnica de análise da superfície que permite determinar a composição química do material estudado, assim como informações sobre o estado de oxidação de certos elementos e sobre as naturezas de ligações.

A caracterização da composição química e das espessuras de óxidos de alumínio das amostras foi realizada por um analisador VSW HA 100 – VSW Scientific Instrument LTDA®

(Manchester, Inglaterra), alocado no Laboratório de Fìsica de Superfícies (GFS), do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas.

O princípio da técnica é baseado sobre o fenômeno fotoelétrico, sendo os fótons monoenergéticos de Al Kα (usado neste trabalho), com energia de 1486,6 eV, emitidos sobre a superfície do material estudado, que é confinado numa câmara com ultra-vácuo, a fim de evitar a contaminação pela atmosfera residual. A incidência desses fótons faz com que os elétrons da amostra adquiram energia cinética Ec, que passam a ser denominados como

fotoelétrons. Esses fotoelétrons percorrem o material, interagindo com os outros elétrons presentes por meio de colisões elásticas e inelásticas, onde alguns desses elétrons conseguem atravessar a superfície e, dessa maneira, são detectados por um analisador de elétrons (ver Figura 4.13).

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Figura 4.13: Efeito fotoelétrico

A energia cinética (Ec) dos fotoelétrons ejetados é obtida pela equação de Einstein:

Ec = hv – Eb - ϕ (Eq. 4.9)

Onde hv é a energia do fóton incidente (neste trabalho: 1486,6 eV), Eb é a energia de

ligação deste elétron em relação ao nível de Fermi e ϕ é a função de trabalho do analisador. O detector de elétrons contabiliza a quantidade de fotoelétrons com determinada energia cinética num certo intervalo de tempo. Através da captação desses dados obtidos pelo detector, torna-se possível a plotagem de um espectro da contagem de elétrons (intensidade) em função da energia de ligação, conforme mostra a equação 4.9. A identificação dos elementos presentes na superfície é feita diretamente pela determinação das energias de ligação dos picos obtidos no espectro, oriundos dos fotoelétrons dos níveis mais internos (níveis do caroço). A intensidade dos picos fornece informação quantitativa sobre a composição da superfície, enquanto que a posição exata do pico indica o estado químico do átomo emissor (Briggs e Seah, 1976).

Uma característica importante do XPS é a sua capacidade de distinguir o mesmo átomo em diferentes ambientes químicos, que é possível em razão da energia de ligação de um elétron no átomo ser sensível às mudanças que podem ocorrer na densidade de carga em torno desse átomo, causadas geralmente pela formação de novas ligações químicas, como a oxidação. Esse fato causa um deslocamento na energia de ligação de todos os

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elétrons do átomo, que podem variar de 0,1 eV a 7 eV (Barbieri et al., 2004; Prabhakaran e Ogino, 1995).

Como o interesse na utilização desta técnica foi a verificação das possíveis evoluções de produtos de corrosão e, consequentemente, diferentes estados de oxidação da camada de passivação das ligas de alumínio, antes e após exposição em solução corrosiva, foram determinadas as espessuras das camadas de óxido.

Quando a camada de óxido das ligas de alumínio é relativamente pequena (entre 7,5 e 8,5 nm), os picos dos espectros de XPS podem distinguir o alumínio metálico e o óxido de alumínio, conforme as diferentes energias de ligação características de cada uma delas, conforme apresenta a Figura 4.14 (Strohmeier, 1990).

Figura 4.14: Espectro de XPS, em alta resolução, mostrando as diferentes energias de ligação dos picos de alumínio (Al2p), alumínio metálico e óxido de alumínio, obtidos de uma liga de alumínio 5086 (adaptado de Strohmeier, 1990)

A comparação entre as intensidades relativas dos picos de alumínio (Al2p), ou seja, do óxido de alumínio e do alumínio metálico, permitem a determinação da espessura relativa da camada de óxido. Carlson (1982) demonstrou que, quando um metal tem um filme de óxido presente em sua superfície, a intensidade relativa do óxido (o) e do metal (m) é fornecida pelos picos de XPS, de acordo com a seguinte equação:

𝑑 = 𝜆𝑜 𝑠𝑒𝑛 𝜃 𝑙𝑛 [ 𝑁𝑚𝜆𝑚

𝑁𝑜𝜆𝑜 𝐼𝑜

𝐼𝑚+ 1] (Eq. 4.10)

onde: Im e Io são as intensidades das áreas dos picos do metal e do óxido,

respectivamente; Nm e No são os volumes das densidades dos átomos de metal e do óxido,

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metal e no óxido, respectivamente (em Ᾰ); d é a espessura da camada de óxido (em Ᾰ), e θ é o ângulo de saída do elétron em relação à superfície da amostra. Ressalta-se que, esta equação assume uma camada simples e uniforme.

As análises, por XPS, foram divididas da seguinte maneira:

1. Amostra do MB da liga 2024-T3 antes da exposição, após 8 horas e após 24 horas em solução de 0,1 M de Na2SO4 + 1 mM de NaCl;

2. Amostra do MB da liga 7475-T651 antes da exposição, após 8 horas e após 24 horas em solução de 0,1 M de Na2SO4 + 1 mM de NaCl;

3. Amostra da região do nugget da solda das ligas 2024-T3 e 7475-T651 antes da exposição, após 8 horas e após 24 horas em solução de 0,1 M de Na2SO4

+ 1 mM de NaCl;

4. Amostra do MB da liga 2024-T3, retirada da amostra das ligas 2024-T3 e 7475- T651, soldadas por FSW, após 8 horas e 24 horas, respectivamente, em solução de 0,1 M de Na2SO4 + 1 mM de NaCl;

5. Amostra do MB da liga 7475-T651, retirada da amostra das ligas 2024-T3 e 7475-T651, soldadas por FSW, após 8 horas e 24 horas, respectivamente, em solução de 0,1 M de Na2SO4 + 1 mM de NaCl.

As áreas dos MB da amostra soldada foram analisadas em regiões com distâncias acima de 20 mm da interface entre as duas ligas. A princípio foi realizada uma análise dos elementos químicos encontrados na superfície da amostra, com o auxílio do software QB4. A concentração dos principais elementos químicos encontrados nas superfícies das amostras foi determinada usando as seções de choque deScofield (1976) e considerando a região superficial.

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