65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

Sintetização de nanocompósitos de matriz metálica utilizando como base sucata de alumínio.

Davi Ben Silvany - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia Rodrigo Estevam Coelho - Prof. Dr./Orientador - Departamento de Tecnologia Mecânica e de Materiais.

INTRODUÇÃO:

A reciclagem de alumino é hoje fundamental, porque se tornou uma atividade econômica abrangente em todos os setores da sociedade. O alumínio por sua vez, tem características importantes que ampliam a sua reciclagem (1, 2, 3). A moagem de alta energia (MAE), nos últimos anos, inserida na MP, tem sido utilizada na fabricação de diversos tipos de ligas metálicas. A obtenção de compósitos com boas propriedades mecânicas vai depender da interação entre matriz e reforço, é necessário que ocorra uma interface físico-química entre os dois materiais. Entretanto, os compósitos de matriz metálica reforçados com partículas cerâmicas, mais precisamente por partículas de carboneto de silício (SiCp) ou nanotubos de carbono, têm sido elaborados por diversos métodos de fabricação. Porém, no caso do nanotubo de carbono, o grande empecilho, ainda é a obtenção em larga escala (6, 7, 8, 9 ,10). A elaboração de material compósito elaborado com matriz metálica, utilizando o processo de moagem de alta energia, seguida de conformação a quente, contribui para melhoria das propriedades. Considerando a imporimportância desses materiais e suas aplicações, foram delineados os objetivos desse estudo, os quais consistem na preparação de compósito, por moagem de alta energia de latas recicláveis de alumínio, com a mistura de grafite em pó, seguida de consolidação por compactação a quente dos pós e sinterização.

OBJETIVO DO TRABALHO:

a) Elaborar um material cristalino e um compósito, em forma de pó, por moagem de alta energia, utilizando-se embalagens recicláveis de alumínio com adição de grafite; b) Consolidar os pós obtidos por compactação a quente em matriz fechada; c) Estudar propriedades mecânicas e caracterizar a microestrutura;

MÉTODOS:

Os pós de alumínio foram obtidos através da moagem de latas usadas para armazenar bebidas durante duas horas. Em seguida, o alumínio em pó e o grafite (C) foram colocados no moinho na proporção de (y)Al-(x)C (%peso) (x = 1, 5 e 10). O processo de moagem foi executado em um moinho do tipo atritor horizontal com recipiente de aço inoxidável e esferas de aço cromo. Foram utilizadas esferas com diâmetro 7 e 10mm numa razão esfera / pó de 25:1 e uma rotação de 1200rpm. Após a moagem, os pós foram pré-compactados a temperatura ambiente em uma prensa hidráulica, sob uma carga de 100kN, em uma matriz com 29mm de diâmetro e após aquecimento compactados a 500°C. Foi utilizado uma prensa hidráulica manual com carga máxima de 150kN e para o aquecimento um forno elétrico tipo mufla. Após o resfriamento, as amostras foram aquecidas da temperatura ambiente a temperaturas de 650˚C e 750˚C, permanecendo por 15 minutos, respectivamente. As amostras foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) de marca Tescan modelo VEGA 3 LMU, espectroscopia por energia dispersiva e por difração de raios-X (DRX) em um DRX-7000, de marca Shimadzu.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Através de análises de difratogramas foi observado que no material com 1% de carbono, , nas amostras sinterizadas a 650 e 750°C, pode-se observar o início da formação do composto Al4C3. No material com 5% de carbono, as amostras também sinterizadas a 650 e 750°C, ainda permaneceu o alumínio com bastante intensidade. Na amostra com 10% de carbono, sinterizada a 650°C, ainda foi detectado o pico correspondente ao alumínio (111), plano de maior intensidade. Já na amostra sinterizada a 750°C, o alumínio foi detectado com uma intensidade muito mais baixa, com isso aumentando a intensidade dos picos de Al4C3, consequentemente o aumento do volume dessa fase.

CONCLUSÕES:

Neste estudo foi possível elaborar uma nova liga utilizando apenas sucatas de alumínio e grafite comercial, cuja mistura dos dois materiais foram processados por metalurgia do pó indicando resultados preliminares satisfatórios. É importante destacar que o tempo de moagem dessa liga deve ser elevado, visto que, na literatura, as transformações do carbono ocorrem acima de 10 horas de moagem. Observou-se também a influência do tratamento térmico nas amostras compactadas, ocorreu diminuição do grafite livre quando o material foi submetido a 650°C além da formação da fase Al4C3. A partir dos resultados observa-se a formação da fase Al4C3, com alta intensidade dos picos na amostra de 10% de carbono, sinterizada a 750°C. Entretanto, nas amostras de 1% de carbono e 5% de carbono, o alumínio permaneceu ainda com bastante intensidade. Os dois materiais de menor composição de carbono poderiam ser aplicados como materiais compósitos. Entretanto com 10% de carbono tende a deixar de ser um compósito, passando a ser um composto com outra finalidade, por exemplo, o pó da moagem, tratado a 750°C poderia se convertido em gás metano de uso industrial. Neste sentido, o estudo contribuiu com uma discussão preliminar do assunto, o qual poderá ser explorado em outras composições, tempos de moagem mais elevados e temperaturas de tratamento ou até adição de outros elemento ao sistema AlC.

Palavras-chave: Moagem de alta energia, Pós de AlC, Caracterização microestrutural.