Por que você deve saber a composição do seu material?

Publicado por Materiais Júnior em fevereiro 3, 2021

A caracterização de materiais é a técnica da Ciência dos Materiais que utiliza de ensaios e microscopia para determinar a composição do material. Além disso, pode fornecer informações sobre as fases presentes, processamento e defeitos.

O ponto inicial para desenvolvimento de qualquer produto manufatureiro é a determinação da matéria-prima que será empregada na sua produção. Atualmente, com o desenvolvimento de estudos da Ciência e Engenharia de Materiais, há uma gama muito grande de materiais com as mais diversas aplicações e propriedades, para que seja possível atender a alta demanda das industrias e do mercado global. Há cerca de 200 mil materiais catalogados, e esse número vem crescendo. Com esses avanços, fez-se possível analisar cada material e suas aplicações, a fim de constatar se o material empregado atende as normas e especificações do produto final.

As industrias modernas estão sempre em busca de inovação e na melhoria contínua de seus produtos e serviços. Na área de materiais e metalurgia isso não é diferente. Para que os produtores mantenham a qualidade e as propriedades de seus produtos e processos, faz-se necessário a realização de testes e ensaios para a análise dos elementos que compõem os produtos em questão. Desse modo, é possível determinar uma série de fatores cruciais que podem influenciar diretamente no desempenho desses produtos.

Por que realizar a caracterização do seu material?

Se o seu produto é composto de materiais adquiridos através de terceiros, faz-se ainda mais necessário uma caracterização do que lhe foi entregue. Nem sempre os fornecedores possuem as ferramentas e os métodos necessários para avaliar a qualidade da matéria entregue, e se essa matéria atende ao que foi estipulado pelo comprador.

A falta da análise e do conhecimento da composição química e do processamento ao qual foi submetido o material pode acarretar em uma série de falhas e problemas, que podem causar danos no desenvolvimento e desempenho do produto, acarretando em custos adicionais que podem prejudicar o balanço da empresa. 

Com a finalidade de evitar empecilhos e problemas relacionados ao produto, recomenda-se uma análise acerca das características do material, conhecido como caracterização.

A composição interfere na microestrutura, que define as propriedades do material.

No que consiste a caraterização e como ela determina a composição do material?

A caracterização de materiais é a ciência que estuda o comportamento e a elucidação dos fenômenos físicos e químicos característicos de cada material. Essas informações são obtidas através de análises térmicas, tomográficas, mecânicas e de biocompatibilidade (para implantes, por exemplo).

As técnicas microscópicas e espectroscópicas são amplamente utilizadas na caracterização dos diversos materiais, disponibilizando informações complementares, importantes para comprovação dos resultados obtidos em ensaios laboratoriais.

A caracterização pode ser realizada em todas as classes de materiais, porém, cada classe exige um estudo diferenciado, direcionado nas especificações. Neste artigo, abordaremos a caracterização das três principais classes de materiais, sendo elas os materiais poliméricos, metálicos e cerâmicos.

Caracterização em Materiais Metálicos

Uma das características mais importantes dos metais é a porcentagem de elementos de liga presentes no material. Elementos como Carbono, Manganês, Fósforo, Silício, Enxofre, Cromo, Níquel e Vanádio influenciam diretamente nas propriedades dos metais.

Nos aços, por exemplo, a quantidade de carbono interfere na dureza e na temperabilidade da liga, o que traz vantagens e desvantagens, como a dificuldade no processamento desse material. No caso dos aços inox, a porcentagem de cromo e níquel será responsável pelas características anticorrosivas.

Além da porcentagem de elementos, outro fator importante nas ligas metálicas é sua microestrutura. Mesmo se dois materiais conterem a mesma porcentagem elementar, eles podem ter suas propriedades mecânicas e físicas totalmente distintas devido à sua microestrutura. Ou seja, a forma a qual os átomos estão organizados dentro do material influenciam em suas propriedades. Esse atributo tão importante também não pode ser analisado sem as ferramentas adequadas, e é indetectável sem a presença de ensaios.

Nos materiais metálicos, a falta da análise das características e informações sobre os materiais podem afetar drasticamente o produto final. Resultando em uma série de prejuízos para a empresa e desenvolvedores.

Para analisar as principais características de uma liga metálica, recorre-se à Metalografia, que fornecerá as principais informações quantitativas e qualitativas do metal. Ela é acompanhando de ensaios mecânicos (como o de tração) e microscópicos.

Cada classe de material necessita de um processo de caracterização diferente para determinar sua composição. Fonte

Caracterização em Materiais Poliméricos

Os polímeros, por sua vez, têm uma estrutura particular de organização molecular. Em materiais poliméricos a composição afeta diretamente uma série de outros fatores além das propriedades mecânicas e físicas, como também na sua taxa de cristalinidade. 

Ademais em materiais polímeros, realizar apenas os ensaios de composição não são suficientes para definir todas as suas propriedades desses materiais, já que os polímeros são compostos por cadeias carbônicas e muitos apresentam características semelhantes na composição.. É necessário avaliar outras características, tais como massa molar e pontos de transição térmica (como fusão e transição vítrea). 

Dessa forma, é recomendado fazer uma análise completa de caracterização, a fim de evitar problemas relacionados a desenvoltura e características estipuladas ao produto final. Ensaios em FTIR, ensaio de chama, termogravimetria e até a densidade são cruciais para determinar o polímero.

Caracterização em Materiais Cerâmicos

Os materiais cerâmicos geralmente podem apresentar uma composição muito difícil de ser verificada sem ensaios de caracterização. Isso se da pelo fato de que uma amostra enviada pelo cliente pode conter vários elementos e muita das vezes, esses elementos estão presentes em pequena proporção, o que aumenta a complexidade da determinação do material e também de suas propriedades.

Para que seja possível determinar as características dos materiais cerâmicos, existem técnicas mais avançadas, voltadas a necessidade da amostra analisada. Para uma maior exatidão dos componentes químicos desses materiais, é recomendado uma bateria de ensaios para determinar suas propriedades e composição.

O processo de caracterização em materiais cerâmicos pode ser divido em uma duas etapas. A primeira, uma etapa preliminar, consiste na realização ensaios para determinar retração linear de queima, porosidade, cor após a queima, absorção de água e ensaios mecânicos. Posteriormente, a caracterização completa se dá com ensaios microscópicos, difração de raios-X e análises térmicas.

Quando devo realizar uma caracterização?

Para que tenha eficiência no desenvolvimento de seu produto, é importante saber o máximo de informações possíveis para garantir sua qualidade, ou seja, é interessante realizar uma caracterização antes mesmo de liberar seu produto para o mercado. Contudo, existem situações que podem ser fatores de risco e necessitam de um diagnóstico a fim de evitar prejuízos. Alguma das situações estão listadas abaixo:

• Novos fornecedores

Caso haja uma troca de fornecedor, principalmente quando se trata de uma produção em larga escala, é recomendado uma caracterização. A caracterização pode garantir uma qualidade a longo prazo do produto e permitir uma negociação segura dos materiais.

• Preços Abaixo do Valor de Mercado

Se tratando de materiais, nem sempre é possível manter um preço abaixo do valor de mercado, isso pode significar que a empresa em questão está utilizando um processamento que diminuiu a qualidade ou modifica alguma propriedade do material. É recomendado estudar o material antes da compra em grande quantidade.

• Composições com Alto Grau de Pureza

Composições muito puras são extremamente difíceis de serem obtidas. Isso se da pela por questões técnicas e alta limitação de remover todas as impurezas dos materiais. Desse modo, quanto mais puro for a composição aumenta-se também a complexidade para o obter.

• Novos Materiais

Se sua empresa irá desenvolver um produto com um novo material e não possuí a experiência necessária, recomenda-se a caracterização para ter um respaldo técnico do mesmo e assegurar que o material desempenhe as propriedades e aplicações desejadas.

• Adequação a normas e especificações 

Em alguns setores, como o aeronáutico, é necessário obter laudos técnicos para confirmar a utilização do material, a fim de evitar qualquer prejuízo de desempenho.

Identificar a composição do seu material pode ser útil em diversos cenários. Fonte

Quanto custa descobrir a composição do material?

Uma caracterização pode consistir desde um simples ensaio mecânico de dureza até caracterizações muito complexas envolvendo uma série de ensaios. Os ensaios podem ser não destrutivos (cujo a amostra analisada não é destruída) como também ensaios destrutivos (cujo necessita de corpos de provas da matéria analisada aos quais serão destruídos no decorrer do ensaio), esse fator também influencia no investimento para realizar a caracterização.

Caso tenha interesse de saber mais sobre caracterização ou realizar um orçamento prévio sem compromisso, entre em contato conosco em alguma de nossas redes sociais.