Issuu on Google+

Análisis Térmico Diferencial (Fragmento del estudio de la aleación Zn – Al. MC Saúl Rangel L. UPVM) El análisis térmico diferencial se emplea para obtener información sobre las transformaciones de fase que una muestra puede experimentar cuando es sometida a variaciones de temperatura. Permite la identificación de las transiciones de fase que ocurren a temperaturas características para cada aleación. Las técnicas de Análisis Térmico que se emplean con mayor frecuencia son: el Análisis Térmico Diferencial (ATD) y el Análisis Termogravimétrico (ATG). La medición instrumental de estos fenómenos en equipos de alta tecnología, tiene la ventaja de poseer alta sensibilidad, precisión y exactitud. El análisis térmico diferencial (ATD) mide la diferencia de temperatura entre la muestra en ensayo y una referencia inerte, ambas calentadas bajo las mismas condiciones, el análisis termogravimétrico (ATG) registra las variaciones del peso de la muestra en función de la temperatura o del tiempo de calentamiento a temperatura constante, mediante el empleo de una termobalanza. Para el análisis térmico diferencial se empleó un equipo TGA – DGT simultáneo, modelo DGT 60 marca SHIMADZU, se midieron dos gramos de cada una de las muestras: homogenizadas a 375 °C, A6 de Zn – 22 % p Al y B5 de la aleación Zn – 22 % p Al – 2 % p Cu, en atmósfera de nitrógeno con velocidad de calentamiento de cinco grados centígrados por minuto, obteniendo los siguientes resultados. En el primer caso, como se puede observar en la figura 17, existen dos transformaciones de fase, la primera a 282.82 ºC y la segunda a 383.55 ºC durante el calentamiento, puede notarse en el diagrama de fases binario [5], figura 1, que para Zn – 22 % p Al existe un transformación en 275 ºC y una posterior por encima de los 400 ºC; es importante recordar que las temperaturas de transformación señaladas en el diagrama de fases corresponde a trasformaciones en equilibrio, es decir ocurrirán en un periodo de tiempo largo y en el análisis térmico diferencial se pueden aceptar variaciones de los valores de temperatura ya que los cambios se realizan a velocidad de calentamiento constante. Se puede concluir de dicho análisis, que la composición de la muestra A 6 es aproximadamente Zn – 22 % p Al, ya que las trasformaciones de fase señaladas en el diagrama de equilibrio de fases, pueden asociarse a las del primer pico de tipo endotérmico y el segundo pico mostrado es la transformación de fase en la diagonal entre la zona de la fase β y la de líquido mas β.

- 20 -


Zn - 22 % p Al (DTA) 368,12 ºC

300

240,36 ºC

250

394,03 ºC

200 150

DTA [uV]

100

376,6 ºC

50

373,63 ºC

0 -50

407,58 ºC

-100

279,55 ºC

399,69 °C

-150 286,82 ºC

-200

383,55 ºC

-250 27

74 123 173 CALENTAMIENTO

223

273

323

373

408

353

Temperatura [ºC]

304

254

206

158

ENFRIAMIENTO

Figura 17: Grafica del Análisis Térmico Diferencial, presenta los picos de transformaciones endotérmicas y exotérmicas que experimento la muestra A6.

En el caso de la aleación modificada con cobre, Zn – 22 % p Al – 2 % p Cu, el diagrama de equilibrio de fases ternario [10], figura 2, presenta una línea que corresponde a las fases Al + CuZn4, ésta además corresponde a la composición señalada. La gráfica de dicho análisis se presenta en la figura 18. Zn - 22 % p Al - 2 % p Cu (DTA) 248,4 ºC

200 150

374,69 ºC

DTA [uV]

100

393,25 ºC 386,14 ºC

50 0

257,14 ºC

-50

404,17 ºC

-100

393,14 ºC 289,86 ºC

281,63 ºC

-150 27

84

146

208

271

CALENTAMIENTO

334

396

353

291

230

169

122

90

69

55

46

Temperatura [ºC] ENFRIAMIENTO

- 21 -


Figura 18: Grafica del Análisis Térmico Diferencial, presenta los picos de transformaciones endotérmicas y exotérmicas que experimento la muestra B5.

Se puede observar en la figura 18 que las transformaciones ocurridas en forma endotérmica a 393.14 °C y 404.17 °C corresponden a las señaladas en el diagrama de equilibrio, figura 4, sin embargo en el análisis se muestra una importante transformación a 289.86 °C, durante el calentamiento, presentándose también el correspondiente pico durante el enfriamiento a 248.40 °C, de tipo exotérmico, dicha transformación no se muestra en el diagrama, ya que éste solo presenta las transformaciones de fase por arriba de los 340 °C, aún con esta observación se puede inducir que las composiciones de las aleaciones estudiadas, son muy próximas a las señaladas como: Zn – 22 % p Al – 2 % p Cu y Zn – 22 % p Al.

5.3.1 Análisis termogravimétrico Por otra parte el análisis termogravimétrico indica variaciones en peso de las muestras casi imperceptibles, razón por la cual no se presentan los resultados, anotando únicamente que en el intervalo de temperatura estudiado no se exhibe alguna transformación asociada con la sublimación de algún componente.

5.3.2 Difractometría de Rayos X Por otro lado se ha practicado el análisis de dichas muestras también por Difractometría de rayos X, en un equipo marca Siemens modelo D 500 con tubo de rayos X de cobre. De acuerdo a los resultados obtenidos existen en las aleaciones solamente los metales zinc como fase η y aluminio como fase α y no se presentan otros picos que pudieran indicar la presencia de otras fases [ANEXO 2], figura 19.

- 22 -


η (1011) η (1010)

α (111)

η (0002) α (200)

Figura 19: Difractograma de la muestra B5, se señalan los picos correspondientes a las fases de zinc, η y aluminio, α.

A partir de los resultados del análisis térmico diferencial se eligen las temperaturas de envejecimiento como 240 ºC, 290 ºC y 390 ºC, para ambas aleaciones, atendiendo a las observaciones hechas por Aragón et al. [4, 12,15] quien señala que utilizando una temperatura con características de punto de inflexión en el DTA, existe la posibilidad de que se produzca el fenómeno dinámico de formación – desaparición de la fase ξ en la fase β y viceversa [16], ver capitulo 6.

- 23 -


Análisis termico diferencial de una aleacion Zn - Al