Compósitos de matriz metálica produzidos por moagem de alta energia

A moagem de alta energia tem sido utilizada para a produção de compósitos de matriz metálica, dada a sua versatilidade. A seguir será feito um resumo dos últimos e mais relevantes trabalhos na área de pós e materiais compósitos produzidos por esta técnica.

TIWARI, A. N., GOPINATHAN, V. e RAMAKRISHNAN, P. (1991) misturam pós elementares da liga AA7010 com 5% de partículas de SiC (7 µm) em atritor por 4, 8 e 12 horas. Os pós compósitos obtidos são desgaseificados em vácuo, compactados a frio e prensados a quente. O material obtido é então solubilizado a 500 ºC por 1 hora, temperado em água e envelhecido a 250 ºC por 12 horas. Os autores observam, através de análises de imagens, que inicialmente as partíc ulas menores se aglomeram por soldagem a frio enquanto que as maiores se rompem possivelmente devido à fragmentação de suas arestas. Há um aumento inicial no

diâmetro médio das partículas para material tratado por 4 horas devido à predominância da deformação e da aglomeração por soldagem a frio sobre a fratura. Também apresentam as propriedades mecânicas (dureza, limite de resistência à tração à temperatura ambiente e a 300 ºC). Os valores de dureza aumentam com o aumento da porcentagem de reforço, enquanto que os valores de resistência à tração aumentam com o aumento do teor de reforço até 10% e depois diminuem.

HOCHREITER, E., KOWANDA, C. e ORTER, B. (1993) produzem pós compósitos com matriz da liga AA6061 reforçada com partículas de SiC através da moagem de alta energia. Obtém partículas de compósito com homogênea distribuição de reforço.

LU, L., LAI, M. O. e ZHANG, S. (1995) produzem a liga Al-4.5 % Cu reforçada com 15 % em volume de partículas de SiC. Partindo de partículas de SiC com tamanho de 50 µm, ao final do processo obtêm partículas de SiC com dimensão da ordem 3 µm dispersas pela matriz metálica. Os autores também observam uma esferoidização das partículas de reforço após a moagem.

LEE, J. e co-autores (1995) produzem compósito com matriz da liga AA2024 com 10% em peso de partículas de SiC por moagem de alta energia, seguido de compactação a frio, desgaseificação e extrusão a quente. Os autores observam a redução do tamanho de partículas e o aumento da sua dureza, com o tempo de moagem.

BHADURI, A. e co-autores (1996, 1996 (2)), misturam em moinho de alta energia pós de Al, Zn, Mg e Cu, nas quantidades correspondentes à liga AA7010 e estudam o efeito da adição de 10 e 20 % em peso de partículas de SiC (13µm) sobre o processo de moagem de alta energia. O autor conclui que a presença de partículas de SiC retarda o processo de moagem de alta energia, basicamente observando que o espaçamento interlaminar das partículas metálicas tende a diminuir mais rapidamente para o sistema sem SiC, e que a redução da altura e o alargamento dos picos relativos aos pós elementares inicialmente misturados, em ensaio de difratometria de Raios- X, indicativo da amorfização da estrutura, são sensivelmente mais efetivos no sistema sem SiC. Os autores explicam esta diferença pela necessidade de uma energia adicional para quebrar as partículas de SiC do sistema compósito, enquanto que no sistema sem SiC toda energia é

utilizada apenas para deformar as partículas metálicas e promover a solubilização dos elementos de liga na estrutura do alumínio.

COSTA, C. E. e co-autores (1996) apresentam compósitos com matriz da liga MA 2014, de mesma composição que a liga AA2014 porém obtida por moagem de alta energia, reforçados com Ni3Al, também obtido por moagem de alta energia. O processo de fabricação inclui mistura convencional dos pós, compactação uniaxial a frio e extrusão a quente. Os materiais compósitos obtidos apresentam propriedades mecânicas bastante elevadas, principalmente devido à elevada resistência mecânica da matriz MA 2014, muito superior à da liga AA2014.

NOBLE, B., TROWSDALE, A. J. e HARRIS, S. J. (1997) estudam as reações interfaciais em compósitos de matriz de alumínio AA1050, reforçados com SiC, produzidos por duas rotas distintas: mistura convencional e moagem de alta energia dos pós, seguidas de encapsulamento, desgaseificação em vácuo e prensagem isostática a quente. Os autores observam que o compósito obtido a partir do pó produzido por moagem de alta energia apresenta menor temperatura de reação interfacial, quando submetidos à aquecimento até 700 ºC, devido à alta concentração de defeitos na matriz de alumínio, à ausência de filme de SiO2 na superfície das partículas de SiC, e ao íntimo contato entre o alumínio e o SiC.

LU, L., LAI, M. O. e NG, C. W. (1998) obtém compósitos com matriz de Al-4,5%pesoCu- 10%volSiC por moagem de alta energia. Os autores observam a redução da altura e o alargamento dos picos relativos aos pós elementares inicialmente misturados, em ensaios de difratometria de Raios-X. Através de ensaios de DSC (Differential Scanning Calorimetry), observam que o pico correspondente à temperatura de fusão do alumínio passa a ocorrer em temperaturas mais baixas com o aumento do tempo de moagem de alta energia, o que indica a solubilização do cobre na estrutura do alumínio devido à moagem. Para tempos mais longos de moagem, aparecem picos correspondentes à fusão de fases eutéticas, ausentes na mistura ainda não submetida à moagem, o que indica a formação da liga pelo processo de moagem de alta energia. Em análises microestruturais, observam a diminuição do tamanho e a melhor distribuição das partículas de reforço na matriz com aumento do tempo de moagem. Quanto às propriedades mecânicas, observam o aumento da limite de resistência à fratura e do limite elástico e a redução do alongamento do material compósito com o tempo de moagem.

SANKAR, R. e PARAMANAND SINGH (1998) misturam pós elementares na proporção da liga AA7075 com 15% de partículas de SiC (14 µm) em atritor, obtendo assim, pós compósitos por moagem de alta energia.

RUIZ-NAVAS, E. M. (1999), trabalhando com a liga MA 2014 e carbonetos como reforços e estudando o efeito do processo de mistura entre matriz e reforço, observa os melhores resultados quando todo o processo de moagem se faz com o reforço adicionado desde o início junto aos elementos da liga.

A Tabela III.2 resume os trabalhos mencionados.

Tabela III.2: Trabalhos relevantes em obtenção de pós e/ou materiais compósitos com matriz de alumínio por moagem de alta energia.

Ano Autor(es) Matriz Reforç

o Processo 1991 TIWARI, A. N., GOPINATHAN, V. e RAMAKRISHNAN,P. AA7010 SiC

moagem por 4, 8 e 12h; compactação; desgaseificação; prensagem a quente.

1993

HOCHREITER, E., KOWANDA, C. e ORTER, B.

AA6061 SiC obtenção de pó compósito

1995 LU, L., LAI, M. O. e ZHANG, S.

Al –

4,5 % Cu SiC obtenção de pó compósito

1995 LEE, J. e

co-autores AA2024 SiC

moagem desde 0,5 até 30 horas;

compactação; desgaseificação; extrusão; trat. térmico.

1996 BHADURI, A. e co-

autores AA7010 SiC

moagem; desgaseificação; compactação; prensagem a quente ou extrusão.

1996 COSTA, C. E. e co-autores

MA2014 Ni3Al

moagem para obtenção da liga;

moagem para obtenção do intermetálico; compactação; extrusão.

1997 NOBLE, B.,

TROWSDALE, A. J. e HARRIS, S. J.

AA1050 SiC

mistura convencional e moagem de alta energia; desgaseificação; prensagem isostática a quente; laminação.

1998 LU, L., LAI, M. O. e NG, C. W.

Al –

4,5% Cu SiC

Moagem; compactação; sinterização; extrusão

1998

SANKAR, R. e PARAMAN AND SINGH

AA7075 SiC obtenção de pó compósito.

1999 RUIZ-NAVAS, E. M. MA 2014 NbC VC TiC Mo2C TC

moagem para o obtenção do pó compósito em uma única etapa.