Estudo de Uma Extrusora para a Fabricação de Compósitos

INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE MOAGEM NO REFINAMENTO DAS PARTÍCULAS QUASICRISTALINAS

José Anselmo de Lucena Junior1, Severino Jackson Guedes de Lima2, Danielle Guedes de Lima Cavalcante3.

1. Curso de Engenharia Mecânica, CT, UFPB.

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1. Departamento de Tecnologia Mecânica, CT, UFPB.

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1. Mestranda (DTM, CT, UFPB)

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Palavras-chave: moagem; quasicristal; tratamento térmico

1 – Introdução

Os materiais quasicristalinos são sólidos ordenados de simetria e orientação incompatíveis com a periodicidade de translação dos cristais, ou seja, os sólidos cristalinos caracterizam-se por terem um arranjo atômico periódico à longa distância com simetria rotacional de primeira, segunda, terceira, quarta e sexta ordem. Por outro lado, os sólidos amorfos (ex: quasicristais) caracterizam-se por não apresentarem ordem à longa distância nem simetria rotacional, sendo encontrada alguma regularidade em escala atômica.

Atualmente, as pesquisas têm como foco o estudo de suas características e a obtenção de novas ligas capazes de formarem fases quasicristalinas. Existem cerca de 100 sistemas de ligas metálicas capazes de formarem fases quasicristalinas. As ligas contendo Al-Cu-Fe são as mais estudadas devido à facilidade de obtenção dos elementos e custo relativamente baixo de processamento das ligas (PASSOS, 2006).

A estrutura quasicristalina foi descoberta em 1984 por Shechtman, através da solidificação rápida (CHATTOPADHYAY, et al, 1997). A Fig. 1.1 apresenta os principais tipos de microestrutura freqüentemente encontradas nas ligas quasicristalinas:

[pic 1][pic 2]

Os quasicristais obtidos através das técnicas de solidificação rápida e metalurgia do pó, vêm sendo testados no campo industrial devido às suas excelentes propriedades superficiais tais como: alta dureza, baixo coeficiente de atrito, resistência à corrosão, baixa condutividade térmica e elétrica, propriedades ópticas incomuns, etc.

Os pós quasicristalinos tem larga aplicação como elementos integrantes na formação de materiais compósitos. Um dos melhores métodos para obtenção de pós quasicristalinos com boa homogeneidade é através da moagem de alta energia (MAE).

Esta técnica é bastante complexa, pois envolve um número de variáveis que influenciam na forma final do pó (SURYANARAYANA, 2001). Algumas dessas variáveis, denominadas parâmetros externos, são: velocidade de moagem, tempo moagem, relação de massa esfera-pó, diâmetros das esferas e do recipiente, atmosfera de moagem, etc.

O objetivo desta pesquisa é fazer um tratamento térmico na liga quasicristalina obtida previamente por fusão, de modo a observar se houve melhoria na homogeneidade da liga e também observar a influência do tempo de moagem na estabilidade de uma liga quasicritalina.

2 – Materiais e métodos

2.1 - Elaboração da liga

Com o objetivo de obter ligas quasicristalinas o mais próximo possível da composição nominal e com alto grau de pureza, utilizou-se um forno de indução equipado com cadinho de soleira fria, Fig. 2.1.1.

[pic 3]

[pic 4]

Este equipamento permite a fabricação da liga sob atmosfera praticamente isenta de elementos que contaminam o banho de metal fundido como oxigênio e o nitrogênio.

O forno de soleira fria consiste de uma câmara para obtenção do vácuo, onde é acondicionado no seu interior um cadinho de cobre, na forma de tronco de cone, e circundado por uma espira de mesmo material que permite a circulação de corrente elétrica assim como a circulação d’água para refrigeração do sistema.

Obteve-se através do mesmo, ligas quasicristalinas com a seguinte composição em porcentagem atômica, Al65Cu22,5Fe12,5. Esses componentes foram pesados nas respectivas composições, totalizando 10g, e logo em seguida fundidos sob uma atmosfera de argônio utilizando um gerador de alta freqüência de 40 kW. Deste modo foram elaboradas 20 amostras de 10g cada, o que possibilitou a produção de uma quantidade considerável de material para ser usado na moagem.

2.2 - Tratamentos Térmicos

        O processo de solidificação no forno de soleira fria gera uma liga heterogênea de fases cristalina e quasicristalina. Para aumentar a quantidade da fase quasicristalina na liga, foram feitos tratamentos térmicos, afim de fornecer energia para a transformação peritética das fases. Deste modo, as ligas previamente fundidas foram em seguida tratadas termicamente.

        Para isso, utilizou-se um forno de resistência do tipo Nabertherm mantendo a amostra por 24 horas a uma temperatura de 750°C com uma taxa de aquecimento, até o patamar, de 30°C/min. Para diminuir a oxidação da liga, estas foram tratadas termicamente sob atmosfera de argônio, e por fim, submetidas a ensaio por difração de raio-x para se analisar a qualidade do material.

2.3 - Moagem de alta energia

        Para o processo de moagem foi utilizado um moinho planetário, utilizando uma razão bola/massa de 10:1, ou seja, para cada 100g de bolas de aço usou-se 10g da liga quasicristalina por jarra, com uma rotação de 240 rpm por 0,5h, 2h, 5h e 10h. As moagens foram conduzidas em atmosfera de argônio, de modo a evitar contaminação da liga.

Amostras das ligas moídas, em cada tempo de moagem, foram conduzidas a ensaio por difração de raio-x, com a finalidade de observar o comportamento da fase icosaédrica em tempo progressivo de moagem.

2.4 - Difração de raio-X (DRX)

        As amostras das ligas brutas sem tratamento térmico e com tratamento térmico foram analisadas em um equipamento de difração de raios-x. Nesse ensaio utilizou-se um tubo de Cu com comprimento de onda de 1,5406Å com tensão de 40kV, corrente de 30mA, passo de 0,01°, tempo por passo de 3s e o ângulo 2θ (2-theta) variando de 20 a 120 graus. As análises foram também conduzidas nas amostras moídas em 0,5h, 1h, 2h, 5h e 10h, utilizando os mesmos parâmetros de DRX citados anteriormente.