De acordo com os experimentos e caracterizações realizadas, verificou-se que o sistema rotativo representa uma inovação no que diz respeito à produção de carbetos. Em relação ao processamento por meio de reação gás-sólido em atmosfera de CH4 e H2, utilizando os
parâmetros testados de vazão de 15L/h e 750ºC para o reator de leito rotativo, as condições mostraram-se insuficientes para obtenção das fases desejadas puras de WC-Co e ainda insuficientes para comparação com o reator fixo.
Apesar da necessidade ajuste de parâmetros, a análise de DRX para os experimentos do reator rotativo, mostrou a formação de fases intermediárias em relação ao produto desejado (WC-Co), essas fases são: óxido de tungstênio e carbono livre. A formação de óxido é uma das fases comum de produção do carbeto aqui testado, o que indica que para obtenção adequada do produto seria necessária uma maior exposição do precursor a uma maior temperatura ou maior patamar de reação.
Em relação aos produtos obtidos em leito fixo, algumas das condições utilizadas nos experimentos foram suficientes para obtenção de WC-Co. Foi mantida a vazão de 15 L/h, e avaliaram-se diferentes temperaturas de reação. À temperatura de 800ºC, não foi possível a obtenção do WC nem de WC-Co, mas os resultados mostraram que formou-se W2C, que é
uma fase intermediária na produção a ser alcançada; bons resultados foram conseguidos à temperatura de 850ºC, obtendo-se 89% de carbeto.
Avaliando a influência dos parâmetros na produção de carbeto, pode-se concluir que tanto a temperatura como o tempo de reação exerce influência sobre a obtenção do carbeto, tanto para a reação em leito fixo quanto para em leito rotativo. Observa-se que quanto maior a temperatura e o tempo de reação, mais próximo se estarão de se obter o produto puro.
Comparando o sistema de leito fixo com o leito rotativo, percebe-se que ambos apresentam a vantagem de produzir carbetos a baixas temperaturas em relação aos métodos tradicionais, como a metalurgia do pó. O sistema de reação em leito fixo apresentou melhores resultados em termos de conversão e formação de fases de carbeto para este estudo, porém a comparação necessita de mais elementos, os quais não puderam ser obtidos ao longo da execução dessa dissertação devido a problemas operacionais no reator rotativo.
Ruan Sávio da Costa Tertuliano, Abril/ 2017
O acompanhamento cinético dos experimentos permitiu identificar algumas informações sobre os mecanismos envolvidos na produção de carbetos pelo método utilizado. Ele revelou a influência da temperatura na conversão de metano em função do tempo. Nos experimentos realizados a 850ºC a conversão obtida chegou a um valor máximo de 89%, que é maior que encontrada a temperaturas mais baixas, como a 800ºC que chegou até 57%. Além disso, percebeu-se também que o tempo no patamar (isoterma) de reação é importante, pois serve como base para investigar como ocorre a produção de fases intermediárias à do carbeto puro.
REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
Referências Bibliográficas
AZCONA, I. et al. Hot isostatic pressing of ultrafine tungsten carbide-cobalt hardmetals. Journal of Materials Science, [s.l.], v. 37, n. 19, p.4189-4195, 2002. Springer Nature.
http://dx.doi.org/10.1023/a:1020048105585.
BELMONTE, E.P. Espectrometria por fluorescência de raios- x por reflexão total: um estudo simulado utilizando o método de monte carlo. 2005. 163 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado em Ciências e Engenharia Nuclear, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro- RJ, 2005.
BOCK, A.; SCHUBERT, W, D.; LUX, B. Grain/particle growth of ultrafine WC during W- powder carburatization. 14th INTERNATIONAL PLANSEE SEMINAR, Eds.G. Kneringer, P. Rodhammer and P. Willhartitz Plansee AG Reutte, 1997, V4, p.342-361.
CALLISTER, W. D. J. Ciência e engenharia de materiais: Uma introdução. Editora LTC, 5ª Edição, 2000.
CAMPOS, R. A. Estudos da deposição de filmes de diamante cvd sobre carbeto de tungstênio, com interface controlada de boreto. 2009. 107 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Engenharia e Tecnologia Espaciais/ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores, INPE, São Jose dos Campos- SP, 2009.
CEMENTED CARBIDES. Powder Metallurgy Cermets and Cemented Carbides ASM Metals Handbook, v7- Powder Metal Technologies and Applications. ASM International, 1998, 9ª Edition. P 2334-2336.
CHANG, S; CHANG, M; HUANG, K. Study on the sintered characteristics and properties of nanostructured WC–15 wt% (Fe–Ni–Co) and WC–15 wt% Co hard metal alloys. Journal of alloys and compounds, [s.l.], v. 649, p.89-95, nov. 2015. Elsevier BV. DOI:
10.1016/j.jallcom.2015.07.119. Disponível em:
<http://api.elsevier.com/content/article/PII:S0925838815305168?httpAccept=text/xml>. Acesso em: 11 nov. 2015.
CLARIDGE, B. J. et al. New catalysts for the conversion of methane to synthesis gas: molybdenum and tungsten carbide. Journal of Catalysis: Academic Press, 180, 85-100. 1998.
DE ARAÚJO, C.P.B. Obtenção de Mo2C com adição de Co por reação gás-sólido em reator de leito fixo. Dissertação de Mestrado, UFRN, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.
Área de concentração: Engenharia Química. Rio Grande do Norte, Natal – RN, 2015.
DE MEDEIROS, F.F.P. Síntese de carbetos de tungstênio e nióbio a baixa temperatura, através de reação gás-sólido em reator de leito fixo. 2002. 141 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2002. DE MEDEIROS, F.f.p. et al. Carburization of ammonium paratungstate by methane: The influence of reaction parameters. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, [s.l.], v. 27, n. 1, p.43-47, jan. 2009. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2008.03.001.
DEDAVID, B. A.; GOMES, C.I.; MACHADO, G. Microscopia Eletrônica de Varredura: Aplicações e preparação de amostras. Porto Alegre- RS. Editora Edipucrs, 2007.
DEPARTMENT OF DEFENSE OF USA (Org.). COMPOSITE MATERIALS HANDBOOK. Washington- Dc: Department of Defense of Usa, 2002. Disponível em: <https://www.lib.ucdavis.edu/dept/pse/resources/fulltext/HDBK17-5.pdf>. Acesso em: 30 set. 2015.
DLOVU, S. The wear properties of tungsten carbide-cobalt hardmetals from the nanoscale up to the macroscopic scale. 2009. 141 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia, Faculdade de Engenharia da Universidade Erlangen- Nuremberg, Nuremberg - Alemanha, 2009.
FABIJANIC, T. A; ALAR, Ž; ĆORIć, D. Influence of consolidation process and sintering temperature on microstructure and mechanical properties of near nano- and nano-structured WC-Co cemented carbides. International journal of refractory metals and hard materials, [s.l.], v. 54, p.82-89, jan. 2016. Elsevier BV. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2015.07.017. Disponível em: <http://api.elsevier.com/content/article/PII:S0263436815300901?httpAccept=text/xml>. Acesso em: 19 jan. 2016.
FONTES, Francisco Assis de Oliveira et al. NIOBIUM CARBIDE SYNTHESIS BY SOLID- GAS REACTION USING A ROTATING CYLINDER REACTOR. Brazilian Journal of Chemical Engineering, Natal- Rn/ Brasil, v. 21, n. 3, p.393-403, set. 2004.
FONTES, F.A.O. et al. Production Of Nbc from Nb2O5 in a rotating cylinder reactor: Kinetic
study of reduction/carburization reactions. Chemical Engineering Journal, [s.l.], v. 175, p.534-538, nov. 2011. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2011.09.105.
GOMES, U. U.; SOUZA, Carlson Pereira de; DE MEDEIROS, Francisca de Fátima Pegado de. Obtenção de pós compósitos de WC-Co nanoestruturado a partir do precursor de
paratungstato de amônia (APT) através de reação gás-sólido. Brasil patente BR n.
PI0605737-3, 2006 Dezembro 07. Revista da Propriedade Industrial, Rio de Janeiro, n. 1960, p.99.
GOMES, U. U.; Tecnologia dos Pós: Fundamentos e Aplicações, Natal/RN. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Editora Universitária, 1995.
GUIMARÃES, V.; SÍGOLO, J. B. Associação de resíduos da metalurgia com sedimentos em suspensão - Rio Ribeira de Iguape. Geologia Usp. Série Científica, [s.l.], v. 8, n. 2, p.1-10, 1 out. 2008. Universidade de Sao Paulo Sistema Integrado de Bibliotecas - SIBiUSP. DOI: 10.5327/z1519-874x2008000200001.
KESTENBAC, H.J.; BOTA FILHO W.J. Microscopia eletrônica transmissão e varredura. São Paulo: ABM, 1994.
KOC, R; KODAMBAKA, K, S. Tungsten carbide (WC) snthesis from novel precursors. Journal of the European Ceramic Society Elsevier Science, 20, 1859-1869, 2000.
LAMIM, J. D. Sinterização e caracterização de ligas de metal duro contendo cobalto e titânio usando pós nanométricos de WC. 2009. 108 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais, Universidade Estadual do Norte Fluminense- UENF, Campos dos Goytacazes- RJ, 2009.
LAY, S. et al. Morphology of WC grains in WC-Co alloys. Materials Science & Engineering A, 486 (1), p. 253-261, 2008.
LEAL, G. F. ESTUDO DE CATALISADORES À BASE DE CARBETO DE TUNGSTÊNIO PARA APLICAÇÃO NA CONVERSÃO DA CELULOSE. 2014. 110 f. Tese (Doutorado) - Curso de Pós Graduação em Química, Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos- SP, 2014.
LEE, S et al. Spark plasma sintering of WC–Co tool materials prepared with emphasis on WC core–Co shell structure development. International Journal of refractory metals and hard materials, [s.l.], v. 53, p.41-45, nov. 2015. Elsevier BV. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2015.04.014.
<http://api.elsevier.com/content/article/PII:S0263436815300147?httpAccept=text/xml>. Acesso em: 14 out. 2015.
LEVENSPIEL, O. Engenharia das Reações Químicas, v.1. São Paulo: Edgard Blücher, 1994. LIU, K. et al. Tungsten carbide – processing and applications. Rijeka- Croácia. Editora In tech, 2012.
MA, J.; ZHU, S.g.. Direct solid-state synthesis of tungsten carbide nanoparticles from mechanically activated tungsten oxide and graphite. Int. Journal of refractory metals and hard materials, Shanghai- China, v. 1, n. 28, p.623-627, jun. 2010.
MACHADO, A.S. et al. QUANTIFICAÇÃO POR DRX DOS COMPONENTES CARBONOSOS PRESENTES NO PÓ DE BALÃO DO ALTO FORNO. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, [s.l.], v. 8, n. 4, p.254-260, 2011. Editora Cubo Multimídia. DOI: 10.4322/tmm.2011.040.
MARQUES, C. M. F. G. Estudo da influência da alta pressão e da alta temperatura nas propriedades do Wc-10Co dopado com terras-raras. 2011. 160 f. Tese (Doutorado) - Curso de Doutorado em Ciências e Engenharia de Materiais, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes- RJ, 2011.
MARTINS, V. Estudo das propriedades mecânicas dos compósitos WC-6Co, WC-10Co, WC- 20Co, WC-6Co-6Ni, WC-6Co-12Ni obtidos por metalurgia do pó convencional para aplicação em anéis de selos mecânicos. 2010. 128 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado em Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre- RS, 2010.
MEDEIROS, M. de A. COBALTO. Química Nova na Escola, São Paulo- SP, v. 35, n. 3, p.220-221, ago. 2013. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc35_3/11-EQ-100- 10.pdf>. Acesso em: 05 out. 2015.
MILHEIRO, F. Produção e Caracterização de Pós Compósitos Nanoestruturados do Metal
Duro Wc-10Co por Moagem de Alta Energia. Dissertação de Mestrado. Universidade
Estadual do Norte Fluminense. Campos dos Goytacases, 2006.
OH, Y et al. Improved performance using tungsten carbide/carbon nanofiber based anode catalysts for alkaline direct ethanol fuel cells. International Journal of hydrogen energy, [s.l.], v. 39, n. 28, p.15907-15912, set. 2014. Elsevier BV. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.02.010.
Disponível em: <http://api.elsevier.com/content/article/PII:S036031991400336X?httpAccept=text/xml>. Acesso em: 12 nov. 2015.
PARK, J; HONG, Tae-whan; JUNG, M. Hydrogen permeation on Al2O3-based nickel/cobalt
composite membranes. International Journal of Hydrogen Energy, [s.l.], v. 35, n. 23, p.12976-12980, dez. 2010. Elsevier BV. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.04.076.Disponível em: http://api.elsevier.com/content/article/PII:S036031991000772X?httpAccept=text/xml>. Acesso em: 09 nov. 2015.
PEETSALU, Priidu et al. Characterization of WC-Co composite thermal spray powders and coatings. Estonian Science Foundation, [s.l.], v. 4, n. 12, p.435-444, 07 nov. 2006. Disponível em: <http://www.kirj.ee/public/va_te/eng-2006-4-12.pdf>. Acesso em: 28 mar. 2016
PIERSON, O.H. Handbook of refratory carbides and nitrides. Editora Noyes Publications, 1996.
SANTOS, E. S. et al. ESPECTROMETRIA DE FLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X NA DETERMINAÇÃO DE ESPÉCIES QUÍMICAS. Enciclopédia Biosfera, Goiânia- GO, v. 9,
n. 17, p.3413-3432, dez. 2013. Disponível em:
http://www.conhecer.org.br/enciclop/2013b/MULTIDISCIPLINAR/espectrometria.pdf>. Acesso em: 06 out. 2015.
SERVER, S; LIVIU, R. WC-Co functional gradient materials 8th International Conference “Constantin Brancusi” University – Engineering Faculty. University’s Day. Targu Jiu, May 24-26, 2002- Romenia.
SILVA, Fábio T. da et al. OBTENÇÃO DE MICROPARTÍCULAS DE TUNGSTÊNIO METÁLICO E CARBETOS DE TUNGSTÊNIO PARA PRODUÇÃO DE FERRAMENTAS DE CORTE. UMA IDÉIA. Revista Holos, [s.i], v. 3, n. 23, p.233-240, dez. 2007. Disponível em: <http://www2.ifrn.edu.br/ojs/index.php/HOLOS/article/viewFile/146/127>. Acesso em: 01 abr. 2016.
THÜMMLER, F.; OBERACHER, R. Introduction to Powder Metallurgy, Series Editors I. Jenkins and J. V. Wood – The Institute of Materials, British Library Cataloguing – Publication Data, Hard Metals (Cemented Carbides), pp. 280– 289, (1993).
TORRES, C.S. Estudo da moagem de alta energia e sinterização do metal duro WC-Ni. 2009. 62 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre- RS, 2009.
WANG, H et al. Sliding wear behavior of nanostructured WC–Co–Cr coatings. Applied Surface Science, [s.l.], v. 355, p.453-460, nov. 2015. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.07.144.
WANG, H.; WEBB, T.; BITLER, J.W. Study of thermal expansion and thermal conductivity of cemented WC–Co composite. International Journal of refractory metals and hard materials, Rogers- Arkansas- Eua, v. 49, n. 10, p.170-177, mar. 2015.
XIE, C.H. et al Effects of deep cryogenic treatment on microstructure and properties of WC−11Co cemented carbides with various carbon contents. Transactions of nonferrous metals society of China, Changsha- China, v. 1, n. 25, p.3023-3028, jun. 2015.
YANG, Qiumin et al. The effects of fine WC contents and temperature on the microstructure and mechanical properties of inhomogeneous WC-(fine WC-Co) cemented carbides. Ceramics International, [s.l.], p.2-6, ago. 2016. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.08.119.
ZAITSEV, A.A. et al. Cemented carbides from WC powders obtained by the SHS method. Materials Letters, [s.l.], v. 158, p.329-332, nov. 2015. Elsevier BV. DOI:
10.1016/j.matlet.2015.06.058. Disponível em:
<http://api.elsevier.com/content/article/PII:S0167577X15301270?httpAccept=text/xml>. Acesso em: 14 out. 2015.
ZHENGUI, Y.; STIGLICH, J. J.; SUDARSHAN, T. S.; (1998). “Nano-grained Tungsten