Processamento das amostras

Em busca dos melhores parâmetros de processamento, buscou-se uma melhor combinação que pudesse fornecer o melhor aspecto da região processada, neste sentido os seguintes parâmetros de processamento foram avaliados: velocidade de rotação, velocidade de avanço, presença de pino e forma de inclusão do pó cerâmico na chapa de Alumínio.

A inspeção sobre a qualidade da superfície processada foi feita visualmente evitando os principais defeitos presentes na literatura tais como: cordões de solda com a presença de soldas frias, tunelamento do pó, aglomeração de partículas, falta de preenchimento e excesso de rebarba.

A Tabela 5 apresenta o aspecto visual dos cordões de solda produzidos por FSP com diferentes parâmetros de processamento descritos na metodologia fixando, para comparação, a forma de inclusão das partículas cerâmicas e agrupando a velocidade de rotação para cada forma de incorporação e variando avanço e o modelo da ferramenta.

Tabela 5: Aspecto visual da superfície processada por FSP o após combinação dos parâmetros de processamento, a região processada apresenta a largura do ombro da ferramenta, 16 mm e um

comprimento médio de 100 mm Incorporação Rotação (rpm) Avanço (mm/min) Presença

de pino Aspecto visual Furos alinhados 2000 10 Não Furos excêntricos 1400 20 Sim Furos excêntricos 1400 10 Sim

Furos excêntricos 1000 10 Sim Canaleta 2000 10 Não Canaleta 1400 10 Sim Canaleta 1400 20 Sim Canaleta 1000 10 Sim

Outro ponto observado foi a seção transversal da região processada, este critério está relacionado com a mistura efetiva, ou seja, o pó cerâmico não pode apresentar encapsulamento, deste modo espera-se uma boa distribuição do pó, que poderá ser confirmada pelas imagens de MEV, que serão apresentadas posteriormente.

O ensaio visual nos mostra que os melhores parâmetros de processamento são de 1400 rpm para a velocidade de rotação, visto que o aumento para 2000 rpm provoca maior quantidade de rebarba e a redução para 1000 rpm não fornece aporte térmico suficiente para evitar o aparecimento de soldas frias e falta de preenchimento, já para a velocidade de translação, foi observado que o mais eficaz foi de 10 mm/min, dada a formação de falta de preenchimento e arraste de material para velocidade maior, 20 mm/min.

A presença do pino se mostrou importante pois é ele que favorece o não encapsulamento dos pós cerâmicos promovendo melhor mistura, quando realizado o processamento sem o pino, é possível notar a presença de pó sem mistura na seção transversal, Figura 15.

Figura 15: Encapsulamento do pó

Quanto a forma de deposição dos pós, pelo ensaio visual e com o uso de microscópio óptico, notou-se que a melhores formas de deposição foram por meio da canaleta e por furos excêntricos, sendo assim descartado o uso dos furos em linha, que embora mais profundos, não promoveram grande vantagem em comparação com as anteriores que entre elas não foi possível elencar qual apresentava melhor desempenho.

Quando comparado com os valores presentes na revisão da literatura, a velocidade de rotação foi escolhida de acordo com os valores reportados e testes preliminares, para as chapas de alumínio, observa-se uma variação na literatura entre 800rpm (SUREKHA et al., 2008) à 2400 rpm (RAFI et al., 2010), então os valores escolhidos neste trabalho estão dentro dos valores usados na literatura.

Já a velocidade de avanço ficou bem abaixo do presente na literatura, levando em consideração o trabalho de Kianezhad e Raouf (2019) que apresenta a menor velocidade entre as apresentadas na revisão da literatura igual a 28mm/min, para as condições observadas na Tabela 5, com o aumento da velocidade de avanço para valores acima de 10mm/min o cordão apresentou soldas frias e tunelamento superficial, mostrando que para cada conjunto de variáveis, impactam na escolha dos demais parâmetros, o que pode ser observado pela Figura 9 do referencial teórico.

Gandra et al. (2014), em um trabalho de revisão, reportam a influência do aporte térmico e como os parâmetros de processo e ferramenta agem na microestrutura da região processada por FSP em diferentes ligas como a 2024, 6082 e aços, a região

de mistura atinge as maiores temperaturas no processo sofrendo um decaimento do aporte térmico e por consequência da temperatura, conforme se afasta do centro, isto se dá pela deformação plástica severa e por ser a região em que a ferramenta fica mais tempo em contato com a chapa, enquanto a velocidade de rotação age na forma de gerar atrito e assim aquecer a região, a velocidade de avanço é responsável por manter o aporte térmico, quanto mais rápida a velocidade de avanço, menor o tempo que a região estará sob influência desta temperatura.

Na análise visual das amostras, a forma de incorporação das partículas cerâmicas não apresentam diferenças significativas, desta forma, a escolha dos paramentos de processo se fixaram na velocidade de rotação e avanço e na geometria da ferramenta.

O uso de furos alinhados foi descartado nos ensaios preliminares pois ao observar em microscópio ótico a seção transversal da região processada, não era possível observar a presença de partículas cerâmicas, que foram transportadas para a rebarba formada, expelidas pela deformação plástica, descartando a fabricação de um compósito.

Desta forma, foram escolhidos como melhores resultados 2 processamentos com os mesmos parâmetros de processo, velocidade de avanço de 10mm/min, rotação de 1400rpm e ferramenta com pino, por apresentarem o melhor aspecto visual e considerando o apresentado na literatura, a diferença entre as amostras ficou na forma de incorporação das partículas, uma utilizando a canaleta e outra utilizando furos excêntricos.

5.2 Caracterização das Amostras

A caracterização das amostras de estudo foi feita por meio da DRX. Os difratogramas de raios-X foram obtidos para os materiais no estado como recebido na forma de pós, já no caso das chapas de Alumínio, elas foram limadas para obtenção do pó com o intuito de minimizar a influência dos planos preferenciais promovidos pela laminação da chapa. A Figura 16 apresenta dos difratogramas de raios-X das amostras de estudo no estado como recebido: chapa de Alumínio da liga 2024 e cascas cerâmicas de fundição (CCF).

Figura 16: Difratogramas das amostras de estudo no estado como recebida: chapa da liga Al 2024 e cascas cerâmicas de fundição (CCF).

Na Figura 15 observa-se as fases dos materiais como recebido, no caso da liga Al2024, devido à baixa concentração dos outros elementos de liga, principalmente o cobre e o magnésio, os picos apresentados são referentes a fase α do alumínio.

Esta fase α do alumínio se refere à solução sólida de cobre e outros elementos de liga com o alumínio formando a retículo cristalino CFC (cubica de face centrada) (HUDA et al., 2009)

Já no pó obtido da reciclagem da casca de fundição, é possível observar a presença das fases alumina (Al2O3) e óxido de silício (SiO2), provenientes em

grande parte da constituição da areia de moldagem usada no processo de fundição por cera perdida, que com o aquecimento desta mistura favorece a formação da fase mulita que é também observada no DRX em grande intensidade. A mulita é um mineral binário formado pela junção dos óxidos citados, além destes é observada em pequena intensidade a presença de dióxido de zircônio (ZnO2) (MORRELL,

2000), porém alguns picos presentes no difratograma não foram possíveis de indexar principalmente os que se manifestam acima de 70º.

A Figura 17 apresenta os difratogramas de raios-X das amostras das chapas de Al processadas a 1400 rpm contendo a inclusão dos pós cerâmicos (cascas

cerâmicas) utilizando como forma de incorporação dos pós os furos excêntricos (Fig.12b), já a Figura 18 são apresentados dos difratogramas das amostras utilizando a canaleta (Fig. 12c) como forma de incorporação dos pós.

Estas amostras foram selecionadas por apresentarem melhor aspecto do cordão de solda no ensaio visual como observado na Tabela 5. Em ambas as Figuras, 17 e 18, são apresentados os difratogramas de raios-X das chapas contendo os pós em duas regiões distintas do cordão de solda: na superfície do cordão, região processada (RP); e na seção transversal (ST). Para fins de comparação, os difratogramas de raios-X das amostras no estado como recebido foram incluídos.

Figura 17: Difratogramas das amostras processadas usando furos excêntricos na região processada (RP) e seção transversal (ST)

Na Figura 17, o difratograma da amostra processada utilizando excêntricos a 1400 rpm e com a ferramenta com pino, tanto na região processada como na seção transversal, apenas os picos do alumínio alfa foram identificados, porém é possível observar que embora os picos se apresentam no mesmo ângulo, a intensidade dos picos se altera devido a textura dos planos.

O processamento por FSP também provocou diferença, principalmente na seção transversal da amostra, no qual, além do FSP provocar deslocamento das posições dos picos em 1°, quando comparado com o material não processado, promoveu ainda a inversão dos dois picos mais intensos.

No caso do difratograma de raios-X da região processada, é possível observar que há traços do CCF, mas sem demostrar picos efetivos, na faixa entre 40° e 42° que pode representar a alumina e na faixa entre 47° e 49°que pode representar a mulita.

Já na seção transversal estes traços não são visíveis, desta forma, é possível que na RP eles apareçam pelo fato de ser um processamento superficial, ou seja, nesta região é onde teria maior concentração de CCF.

O mesmo observado nos difratogramas de raios-x das amostras presentes na Figura 17 pode ser considerado para a análise dos difratogramas de raios-X apresentados na Figura 18, que neste caso apresenta o processamento a 1400 rpm com pino e utilizando para incorporação da CCF a canaleta nas regiões processada (RP) e da seção transversal (ST).

Assim como observado na amostra usando furos excêntricos, na amostra com as canaletas, a textura dos planos também se mostra nos difratogramas quando observamos a inversão dos dois picos mais intensos e a redução da intensidade dos demais quando comparado com o material não processado, além de promover um deslocamento da posição dos picos.

No caso amostra da canaleta, é possível observar traços do pó cerâmico apenas na faixa entre 47° e 49°, que representa a mulita, mas assim como na anterior, este traço só se apresenta na região processada, não se mostrando evidente na seção transversal.

Comparando as duas formas de inclusão do pó (Furos excêntricos VS Canaleta) com os resultados da literatura, a presença do pó cerâmico ficou similar ao observado por Yuvaraj et al. (2015) que ao incluir B4C na liga 5083 por FSP

de ferramenta com pino, também foi observado apenas traços do carbeto nos difratogramas de raios-X após análise da superfície da região processada, revelando somente a presença de picos do Alumínio, sem revelar os intermetálicos da liga.

Figura 18: Difratogramas das amostras processadas usando canaleta na região processada (RP) e seção transversal (ST)

Assim como no resultado obtido por Yang et al. (2018), que obtiveram um compósito com matriz da liga 2024 com a inclusão de Alumina em pó, o difratograma de raios-X da seção transversal da região processada, novamente apontou a presença de picos intensos da fase alfa do Alumínio, porém foi possível observar em menor intensidade a presença de traços da Alumina.

A provável causa da baixa intensidade dos picos do DRX do reforço cerâmico, se dá pela redução do tamanho das partículas de pó causado pelo FSP e pela alto

nível de separação e distribuição destas partículas na matriz (BARMOUZ E GIVI, 2011).

Desta forma, o DRX, dentro do seu limite de detecção, aponta a presença de resquícios do pó cerâmico na região processada, reforçando a formação de um compósito na região analisada.