Estudo de Otimização da Técnica SEM-EDS para Identificação de Ligas Metálicas em Partículas de Motores de Avião

Abstract

As partículas metálicas são geradas em motores de aviões como resultado da interação de superfície entre peças móveis ou do contacto com óleo lubrificante. Estas partículas entram no sistema de lubrificação e são recolhidas em bujões magnéticos. As partículas recolhidas são então analisadas no laboratório Físico & Químico da TAP M&E para identificar a liga metálica através da análise SEM-EDS. Com base no estudo realizado em 2018, foi adquirido o aparelho SEM-EDS em substituição do XRF. Foi verificada a viabilidade da técnica, e realizados esforços para otimizar os procedimentos e os métodos de limpeza de preparação das amostras. Foram analisadas aproximadamente 550 partículas no decorrer dos testes presentes neste trabalho. Os resultados obtidos no estudo de validação e otimização foram bastante positivos com repetibilidade e identificação total das partículas correspondentes a ligas metálicas com tamanhos de até 30μm se: 1) se utilizar fita adesiva J-Lar para fixação de amostras no cartão de partículas; 2) se utilizar álcool etílico como solvente de limpeza; 3) se colocar o pin de alumínio a uma altura de borda de 0,3cm dentro do porta-amostras; 4) se fizer a leitura da superfície mais lisa da partícula; 5) se comparar os valores dos elementos com a tabela atualizada de intervalos de composição química. Aponta-se uma proposta de rentabilidade para o uso do microscópio ao fornecer análises a clientes externos pelo custo estimado de 125€ por partícula, de maneira a abater os encargos do mesmo, investigações pessoais e gerar um lucro de 5.000€ anuais. Fica também como proposta futura, um software que identifique partículas automaticamente com os valores obtidos da análise em correspondência com a tabela de composição química. Por fim, ficou demonstrado que a utilização deste equipamento em rotina, por parte do laboratório para identificação de amostras, permite uma melhoria significativa nos procedimentos de análise de causa raiz da presença de partículas nos filtros magnéticos de óleo no motor do avião.

Metal particles are generated in aircraft engines as a result of surface interaction between moving parts or contact with lubricating oil. These particles enter the lubrication system and are collected in magnetic plugs. The collected particles are then analyzed in TAP M&E's Physical & Chemical laboratory to identify the metal alloy through SEM-EDS analysis. Based on the study conducted in 2018, the SEM-EDS apparatus was purchased to replace the XRF. The feasibility of the technique was verified, and efforts were made to optimize the procedures and cleaning methods for sample preparation. Approximately 550 particles were analyzed in the course of the tests present in this thesis. The results obtained in the validation and optimization study were very positive with repeatability and full identification of particles corresponding to metallic alloys with a size bigger than 30μm if: 1) using J-Lar adhesive tape to fix samples on the particle card; 2) using ethyl alcohol as a cleaning solvent; 3) placing the aluminum pin at an edge height of 0.3cm inside the sample holder; 4) reading the smoothest surface of the particle; 5) comparing element values with the updated table of chemical composition ranges. A profitability proposal for the use of the microscope is made by selling analyses to external clients at 125€ per particle, in order to reduce the costs of the microscope, personal investigations, and to generate a profit of 5,000€ per year. A future proposal is also left for a software that identifies particles automatically with the values obtained from the analysis in correspondence with the chemical composition table. Concluding, it was shown that the use of this equipment in routine, by the laboratory for the identification of particles, allows a significant improvement in the procedures for root cause analysis of the presence of particles in the magnetic filters of the aircraft engine oil.