CompactaçãoSinterização
4 RESULTADOS E DISCUSSSÃO
4.7 RESULTADOS GERAIS
Um resumo comparativo dos resultados obtidos para todas as composições (veja-se Tabela 38) permite afirmar que podem ser obtidos altos valores de condutividade e
micro-dureza para várias composições, porém sendo estas características fortemente dependentes dos tratamentos termomecânicos aplicados às amostras. Um exemplo claro disto são as variações das propriedades das amostras C, com composição 98,5%Cu-01,0%Ni- 0,5%Cr.
Tabela 38: Resumo comparativo das propriedades físicas observadas para as amostras de diferentes
composições.
GRUPO DE AMOSTRA COND. (%IACS) DUREZA (MPa) OBSERVAÇÕES
H
99,0%Cu-0,5%Ni-0,5%Cr 25 - 45 330
Insuficiente homogeneização; altas porosidade e heterogeneidade. (ver Figura
33 (h))
C
98,5%Cu-1,0%Ni-0,5%Cr 25 – 48 (65 – 90, amostra C8) 200 – 460 (1000, amostra C8)C8 com alta condutividade (65-90 %IACS) e dureza (1000 MPa). Demais amostras com baixos valores cond. e dureza, altas porosidade
e heterogeneidade. Tamanho de cristalito, da amostra C8, próximo de 100 nm (ver Figura
34 (m))
D
98,0%Cu-1,0%Ni-1,0%Cr 35 - 55 370 - 600
Resultados consideráveis. Necessita de melhores tratamentos térmicos. Deverão ser melhor estudadas futuramente. (ver Figura 38
(e))
T
98,0%Cu-1,0%Ni-1,0%Cr 20 - 50 400
Diferenças na compactação. (ver Figura 39 (g))
N
97,0%Cu-1,5%Ni-1,5%Cr 70 - 105 --
Deverão ser estudadas com maior profundidade.
I
90,0%Cu-5,0%Ni-5,0%Cr 65 - 80 --
Deverão ser estudadas com maior profundidade. (ver Figura 45)
Comparando-se as amostras C8P, C8S e C8T, o fato de serem três placas cortadas do mesmo cilindro com condutividades diferentes pode indicar um gradiente de composição provocado por um método ineficaz de mistura. Isto poderá ser comprovado realizando-se medidas quantitativas do conteúdo de Ni e Cr de cada placa por meio de espectroscopia de absorção atômica. Os valores semelhantes de microdureza para as três placas podem ser devidos à presença majoritária do cobre, podendo ser esta propriedade mecânica muito menos sensível a pequenas variações na composição do que a condutividade
elétrica. De qualquer maneira a microdureza está caracterizada por valores locais, enquanto a condutividade é resultado de uma medida volumétrica.
No final deste trabalho, várias amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e foram realizadas mais análises por difração de raios X. O estudo por MEV permitiu confirmar a presença de grãos de cromo muito maiores que os dos outros elementos e distribuídos aleatoriamente na amostra. Em vários casos pode-se observar uma maior concentração de níquel em torno desses grãos de cromo, como se pode ser visto nas Figuras 46 e 47, referentes a análises da amostra I2S (90,0%Cu-5,0%Ni-5,0%Cr) por espectroscopia por dispersão de energia (EDS – do inglês). Observou-se, também, em todas as amostras uma maior concentração de óxido nos grãos de cromo. Por outra parte, o tamanho observado dos grãos de cobre em todas as amostras analisadas, entre 1 e 10 μm, encontra-se em concordância com tamanho de cristalito médio de 100 nm, calculado através dos resultados de difração de raios X.
Figura 46. Caracterização de área contendo um grão de cromo na amostra I2S (90,0%Cu-5,0%Ni-
5,0%Cr) por espectroscopia de dispersão de energia (EDS).
Figura 47. Caracterização de região da amostra I2S (90,0%Cu-5,0%Ni-5,0%Cr) contendo um grão de
cromo através de EDS em uma trajetória linear.
O processo de sinterização deve ser melhorado, pois durante o tratamento térmico houve oxidação das amostras, a qual foi comprovada nos difratogramas realizados com radiação convencional e com síncrotron.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0 1000 2000 3000 4000
Grão de Cr - Amostra I2Cr - Cu-5%Ni-5%Cr
O K
Si K
Cr K
Ni K
Cu K
Intens
idad
e (c
ontage
ns)
Comprimento (
m)
Esta oxidação é superficial dentro da precisão dos métodos utilizados, pois amostras polidas depois do tratamento térmico apresentam uma camada de óxido praticamente não detectável por difração de raios x. Este fato é visível a partir da comparação entre os difratogramas coletados nas amostras que foram levadas ao síncrotron e as que foram levadas ao difratômetro convencional do IPEN.
As amostras apresentam alta porosidade na maioria dos casos, como pode verificar-se em todas as micrografias realizadas com microscopia óptica. Em alguns casos há menor porosidade comprovada através das análises por microscopia eletrônica de varredura.
5 CONCLUSÕES
Para a composição 98,5%Cu-1,0%Ni-0,5%Cr (C8) foram obtidas três amostras com alta microdureza, entre 90 e 1000 MPa e alta condutividade elétrica, entre 60 e 90 %IACS.
Os resultados obtidos para tamanho de partícula, tamanho de grão e tamanho de cristalito são congruentes. O tamanho de cristalito, calculado a partir dos refinamentos de Rietveld foi, em média, de aproximadamente 100 nm.
Apesar dos resultados excelentes para as amostras com alta condutividade e alta resistência mecânica, para as demais amostras é claramente necessário realizar novos tratamentos térmicos.
Para explicar o mecanismo físico responsável pela alta condutividade e a alta resistência mecânica, foram preparadas novas amostras com a composição 98,5%Cu-1,0%Ni- 0,5%Cr (C8), que estão sendo submetidas aos mesmos processos, porém aplicando a maior precisão possível aos parâmetros de controle de procedimento.
Comparando-se com as outras composições, as amostras 98,5%Cu-1,0%Ni- 0,5%Cr (C8) foram umas das que tiveram melhor e maior homogeneização. Por outro lado, as amostras 98,0%Cu-1,0%Ni-1,0%Cr (T), que tiveram o mesmo tratamento térmico, não passaram de 50 %IACS e 500 MPa e algumas amostras de composições series 90,0%Cu- 5,0%Ni-5,0%Cr (I) e 97,0Cu-1,5%Ni-1,5%Cr (N), embora com menor teor de cobre apresentaram altas condutividades elétricas. Estes resultados indicam que é necessário pesquisar a melhor combinação possível de composição e tratamentos termo-mecânicos com o objetivo de obter alta condutividade elétrica.
REFERÊNCIAS
ASM Specialty Handbook: Copper and Copper Alloys, Metal. c.1, s.1. ASM International, 2001.
BROOKS, C. R. Heat Treatment, Structure and Properties of Nonferrous Alloys. c. 8. Ed. ASM, Metals Park, 1988.
BROWN, L.M. Precipitation and Dispersion Hardening. Proc. of the 5th Int. Conf on the
Strength of Metals and Alloys, Aachen, W. Alemanha, agosto de 1979.
BUTTS, A. Copper, the Science and Technology of the Metal, its Alloys and Compounds. Ed. Reinhold Publishing Corporation, New York, 1954, impressão 3, 1960.
CALLISTER Jr., William. Material Science and Engineering: An Introduction. e.7. c.3. John Wiley & Sons: New York, 2007.
CARRIÓ, J. A. G.; BIANCHI, R. F.; CUFFINI, S. L.; MASCARENHAS, Y. P.; FARIA, M. Electrical conductivity of SrTi1-xRuxO3. Physical Review B - Solid State. v. 62. n. 16. p. 10785-10789, 2000.
CARRIÓ, J. A. G.; MONTEIRO, W. A.; RODRIGUES, V. A.; TERENCE, M. C.; MASSON, T. J.; de MIRANDA, L. F. Structural analysis of influence of dopants in the electrical conductivity of CuNi alloys, European Powder Diffraction Conference – EPDIC 11. Warsaw, Poland, 19-22 de setembro de 2008.
CRANE, J.; WINTER, J. Copper: Properties and alloying. Encyclopedia of Materials Science and Engineering. v. 2. p. 848–855. Ed. MB Bewer, Pergamon Press and the MIT Press 1986. CULLITY, Bernard Dennis; STOCK, S. R. Elements of X-Ray Diffraction. e.3. Addison- Wesley Metallurgy Series. Prentice Hall, 2001.
FANCIO, Elizabeth. Aplicação do método de Rietveld para análise quantitativa de fases dos polimorfos da zircônia por difração de raios-X. Dissertação de Mestrado. Instituto de
Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), São Paulo – SP, 1999.
GARCIA, Amauri; SPIM, Jaime Alvares; SANTOS, Carlos Alexandre dos. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro, RJ. Livros Técnicos e Científicos Editora, 2000
GHADIRI, M.; FARHADPOUR, F.A.; CLIFT, R.; SEVILLE, J. P. K. Particle
characterization size and morphology, The Institute of Metals Series on Powder Metallurgy - An Overview. p. 56-75. Londres, 1991.
GIL, S. Actividad xx – Determinación de resistividades: Método de las cuatro puntas o método de Kelvin. UBA, [ca. 2010].
GOMES, M. R.; BRESCIANI Filho, E. Propriedades e Usos de Metais Não-ferrosos. c. 3. Ed. ABM, São Paulo, 1987.
GSAS. LARSON, A. C.; Von DREELE, R. B. General Structure Analysis System (GSAS), Los Alamos National Laboratory Report LAUR 86-748, 2004 (software).
GUHA, A . Development of a high-strength, high-conductivity Cu-Ni-Be Alloy, high conductivity Coopper and Aluminum Alloys, eds. E. Ling and P. Taubenblat W., TMS – AIME Publ. 1984, p. 133-145.
HUANGA, H.; ZHANGA, L.; ZHANG, W.K. Preparation and electrochemical properties of ZnO/conductive-ceramic nanocomposite as anode material for Ni/Zn rechargeable battery, Journal of Power Sources. v. 184. p. 663-667. 1º de outubro de 2008.
JESUS, S. L. Desenvolvimento e caracterização da Liga Cu-Ni-Be para fins eletro- eletrônicos. Dissertação de mestrado, IPEN-USP. Junho de 2000.
KAYSSER, W. A. Solid State Sintering. The Institute of Metals Series on Powder Metallurgy - an overview. p. 45-53. Londres, 1991.
METALURGIA DO PÓ, Grupo Setorial de. Metalurgia do Pó: alternativa econômica com menor impacto ambiental. Metallum Eventos Técnicos: São Paulo, 2009.
MONTEIRO, W. A. Anais do IX CBECIMAT. p. 546-549. Águas de São Pedro, SP, dezembro de 1990.
MONTEIRO, W. A.; SILVEIRA, M. A. G.; JÚLIO Jr., O. Espectroscopia EELS da liga Cu- Ni. Anais do MICROMAT 92. p. 161-164. Rio de Janeiro, RJ, 28 a 30 de outubro de 1992. MONTEIRO, W. A.; SILVEIRA, M. A. G.; JÚLIO Jr., O. Anais do IV Seminário Sobre Materiais Magnéticos e Elétricos (ABM). Rio de Janeiro, RJ, 27 a 29 de abril de 1994. MONTEIRO, W. A.; SILVEIRA, M. A. G.; JÚLIO Jr., O. Estudos Em Ligas Cu-Be-Ni Para Fins Elétricos. Metalurgia & Materiais. v. 51. p. 440-444. Maio 1995.
MONTEIRO, W. A.; COSANDEY, F.; BANDARU, P. The Effect Of Thermomechanical Treatment On The Microstructure Of A Cu-Ni-Be Alloy, Proceedings of THERMEC’97. Wollongong, Austrália, julho de 1997.
NORDHEIM, V. L. Zur elecktronen Theorie der Metalle II. Ann. Phys. p.642. 1931. PADILHA, Angelo Fernando. Materiais de Engenharia: Microestrutura e Propriedades. Curitiba, PR: Hemus, 2000.
PAIVA-SANTOS, Carlos de Oliveira. Aplicações do Método de Rietveld. Instituto de Química de Araraquara – UNESP. Araquarara – SP, 2005.
PHILIPS, A. Metais e Ligas Não Ferrosas. Instituto Militar de Engenharia (IME): Rio de Janeiro, 1971.
ROESLER, Joachim; HARDERS, Harald; BAEKER, Martin. Mechanical Behaviourof Engenieering Materials. New York: Springer, 2007.
ROTEM, A.; ROSEN, A. Improvement of Strength and Electrical Conductivity of Copper Alloy by Means of Thermo-Mechanical-Treatment. Metall. Trans. A. v.16A, p.2073-77. 1985. ROTEM, A.; SHECHTMAN, D.; ROSEN, A. Correlation among microstructure, strength and electrical conductivity of Cu-Ni-Be alloy. Metall. Trans. A. v.19A, p.2279-2285. 1988.
SILVA, L. V. Estudos da condutividade elétrica em ligas ternárias a base de cobre-níquel. TGI de Bacharelado em Física – CCH - UPM, Waldemar A. Monteiro (orientador), 2006. SOUSA Jr., J. Caracterização de ligas ternárias de cobre para contatos elétricos. PIBIC- Mackenzie, Waldemar Alfredo Monteiro (orientador), 2006.
STADTLER, W. A. Production of Metallurgy Parts. ASTM, Powder Metallurgy. p.449-463. Ohio, 1989.
STEINER, D; BEDDOE, R.; GEROLD, V.; KOSTORZ, G.; SCHMELCZER, R. Particle Dissolution during fatigue of Age Hardened Cu-Co Single Crystals. Scripta Metall. vol. 17. pp. 733-36. 1983.
SUBBARAO, E. C.; et al. da SILVA, J. R. G. (tradução). FERRÃO, L. P. C. (revisão). Experiências de Ciência dos Materiais. Ed. Edgard Blücher, Edição da Universidade de São Paulo, 1973.
TAUBENBLAT, P.W. Copper Selection of high conductivity alloys. Encyclopedia of
Materials Science and Engineering. v. 2. p 863-866. Ed. MB Bewer, Pergamon Press and the MIT Press 1986.
WANG, Y.; CHEN, M.; ZHOU, F.; MA, En. High tensile ductility in a nanostructured metal. Nature. n.419, p. 912-915. 31 de Outubro de 2002.
ZILNYK, Kahl Dick; CINTHO, Osvaldo Mitsuyuki (orientador). Avaliação do processo de compactação uniaxial de pós metálicos por meio de ensaios de compressibilidade de alta resolução. 63º Congresso Anual da ABM. 28 de julho a 1º de agosto de 2008. Mendes Convention Center. Santos – SP.
ZILNYK, Kahl Dick; CINTHO, Osvaldo Mitsuyuki (orientador); CAPOCCHI, José Deodoro Trani. A New Methodology for Compressibility Curves Construction. PTECH 2009 –
SEVENTH INTERNATIONAL LATIN-AMERICAN CONFERENCE ON POWDER TECHNOLOGY. 08 a 10 de novembro de 2009. Atibaia – SP.