Embed Size (px)
Citation preview
TECNOLOGIA DOS
PÓS: UMA
INTRODUÇÃO
PROF. MARCELLO FILGUEIRA, DSc.
CONTEÚDO:
INTRODUÇÃO
PRODUÇÃO DE PÓS
CARACTERIZAÇÃO DE PÓS
MISTURAS
CONFORMAÇÃO DE PÓS
SINTERIZAÇÃO
CARACTERIZAÇÃO DE SINTERIZADOS
APLICAÇÕES DA METALURGIA DO PÓ
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃOCONTRÁRIO À METALURGIA DA FUSÃO – TÉCNICA
CONVENCIONAL, TRABALHA-SE E PRODUZ-SE PEÇAS A
PARTIR DE PÓ:
OBTENÇÃO DE PÓS
MISTURAS
COMPACTAÇÃO
SINTERIZAÇÃO
PEÇA PRONTA
VANTAGENS:
São produzidos produtos que não podem ser
processados via fusão, p.Ex., Metais refratários, carbetos,
produtos porosos, combinação de materiais insolúveis em
outro no estado líquido, e combinações de metais e
cerâmicos;
Há produtos que são fabricados com maior economia via
mp, p.Ex., Peças estruturais e peças magnéticas,
produzidas sob estreita tolerância dimensional;
Faz produtos cujas propriedades são superiores quando
produzidos via mp, devido às limitações da fusão;
Garante controle dimensional, eliminando total ou
parcialmente a etapa posterior de usinagem;
Garante controle de porosidade: filtros, peneiras,
capacitores, etc;
Garante controle de tamanho e distribuição de tamanho de
grão – controle de microestrutura;
Perda mínima de matéria-prima;
Fácil controle da composição química do material;
Temperatura de sinterização baixa;
Componentes de geometria complexa;
Versatilidade: diferentes peças podem ser
fabricadas com o mesmo equipamento, trocando
apenas o ferramental de compactação;
processo produtivo de fácil automação;
Uso mais eficiente de matérias primas e de energia,
favorecendo o menor custo;
processo alternativo mais econômico para a
produção de peças em grandes séries.
DESVANTAGENS:
Alto custo inicial do ferramental obrigando à execução
de grandes séries de produção para tornar o processo
economicamente favorável;
Limita-se o tamanho (peso) da peça – dimensões de
matriz de compactação e de forno de sinterização.
METALURGIA DO PÓ X FUSÃO
CONVENCIONAL: FABRICAÇÃO DE UMA
PEÇA POR USINAGEM E FORJAMENTO
DESENVOLVIMENTO DA METALURGIA DO PÓ
PRODUÇÃO DE PÓS
ATOMIZAÇÃO A ÁGUA
SISTEMA DE
ATOMIZAÇÃO
A ÁGUA
CONDIÇÕES DE ATOMIZAÇÃO A ÁGUA
PARA ALGUNS PÓS
ATOMIZAÇÃO A ÁGUA: CONFIGURAÇÕES
DE JATO CÔNICO E EM V
ATOMIZAÇÃO A ÁGUA: EFEITO DO
ÂNGULO DO JATO
ATOMIZAÇÃO VERTICAL A GÁS
ATOMIZAÇÃO HORIZONTAL A GÁS
ATOMIZAÇÃO A
GÁS DE BAIXO
PARA CIMA OU
PULVERIZAÇÃO:
ALUMÍNIO
ESQUEMA DE DESINTEGRAÇÃO DE
UM LÍQUIDO POR UM JATO DE GÁS
RELAÇÃO GÁS/METAL NO TAMANHO MÉDIO
DE PARTÍCULA DE PÓS
ATOMIZAÇÃO POR ELETRODO
ROTATIVO - REP
ATOMIZAÇÃO POR ELETRODO ROTATIVO –
REP:FORMAÇÃO DAS GOTAS METÁLICAS
ATOMIZADOR ROTATIVO A PLASMA -
PREP
REP E PREP – ESQUEMA DE GOTA
(a) Cobre atomizado a água
(b) Ferro atomizado a água
(c) Alumínio atomizado ao ar
(d) Alumínio atomizado em hélio
(e) Aço rápido atomizado em
nitrogênio
(f) Superliga atomizada em vácuo -
REP
(g) Superliga atomizada a argônio –
PREP
(h) Alumínio atomizado de baixo para
cima
PRODUÇÃO DE PÓS POR MOAGEM
Minério de Fe,Ta,Nb,W,Mo, etc Mistura com Al em excesso
Reação aluminotérmica Lingote de Fe,Nb,Ta,W,Mo, etc + Al2O3
Purificação em electron beam Usinagem de cavacos finos
Hidrogenação a 1,75ATM Moagem
Desidrogenação a vácuo Peneiramento
Caracterização Pó metálico puro
MOINHO DE BOLAS: VISÃO
ESQUEMÁTICA E INDUSTRIAL
MOINHO PLANETÁRIO: ESCALA PILOTO
E ESQUEMA
MOINHO ATTRITOR: ESQUEMA
MECHANICAL ALLOYING: SISTEMA
DÚCTIL-DÚCTIL
MECHANICAL ALLOYING: SISTEMA
DÚCTIL-FRÁGIL
MECHANICAL ALLOYING: SISTEMA
DÚCTIL-FRÁGIL
OBTENÇAO DE MoSi2 POR MECHANICAL
ALLOYING
ELETRÓLISE
ROTA DA ELETRÓLISE
CONDIÇÕES DE ELETRÓLISE PARA
OBTENÇÃO DE PÓ DE COBRE
REDUÇÃO A PARTIR DE ÓXIDO
Scheelita=CaWO4;
Wolframita=(Mn,Fe)WO4;
APT=(NH4)2WO4
Calcinação de 400 a 900oC;
Redução de 600 a 1100oC.
FORNOS DE CALCINAÇÃO E DE REDUÇÃO A
HIDROGÊNIO – PRODUÇÃO DE PÓ DE W
MUDANÇAS MORFOLÓGICAS QUE
OCORREM DURANTE REDUÇÃO
PROCESSO CARBONILA
Mex(CO)y → xMe + yCO
Exemplos:
Ni(CO)4 → Ni + 4CO
Co, Rh, Au, Re, Cu< Pd, Pt, …
T
230oC
TIPOS E FORMAS DE PARTÍCULAS
METÁLICAS
FORMAS COMUNS DE PARTÍCULAS
METÁLICAS
CARACTERIZAÇÃO
DE PÓS
DIFRAÇÃO DE RAIOS-X - QUALITATIVA
ESPECTROSCOPIA DE MASSA COM
PLASMA ACOPLADO– QUANTITATIVA
ESPECTROSCOPIA A GÁS COM PLASMA
(O,C,S,N) – QUANTITATIVA
ANÁLISE QUÍMICA
DENSIDADE APARENTE
EFEITO DA FORMA DA PARTÍCULA NA
DENSIDADE DO PÓ
EFEITO DO TAMANHO DE PARTÍCULA NA
DENSIDADE DO PÓ
TAMANHO E DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO
DE PARTÍCULA
HISTOGRAMA DE DISTRIBUIÇÃO
DE TAMANHO DE PARTÍCULA VIA
PENEIRAMENTO
MEDIDAS DE TAMANHO DE
PARTÍCULA VIA MEV
DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE
PARTÍCULA POR SEDIMENTAÇÃO:
SEDIGRAFIA
Na sedimentação a determinação do tamanho de partícula é baseada na lei de
Stokes, que fornece a velocidade de sedimentação v de partículas esféricas
com diâmetro d e densidade em um meio fluido de densidade f e
viscosidade , isto é,
V= g ( - f) d2/ 18
onde g é a constante gravitacional.
SEDIGRAFIA EM PÓ DE Ta ATR HDH
(-500 MESH)
TAMANHO MÉDIO DE PARTÍCULA E
ÁREA DE SUPERFÍCIE ESPECÍFICA–
FSSS: PERMEABILIDADE
S2 = LPfv2/[2ηעLe
2 ρ2(1-fv)3] E dm = 6/(ρS)
Onde: S – área de superfície específica; L – comprimento da amostra;P – perda de carga;
fv – fração de vazios na amostra (porosidade);η – viscosidade do fluido;
ע – velocidade do fluido; Le – caminho médio do comprimento percorrido pelo gás;
ρ – densidade do material; dm – diâmetro esférico equiv. médio.
MEDIDAS DE ÁREA DE SUPERFÍCIE
ESPECÍFICA DE PÓS VIA BET:
ADSORÇÃO
S = XmNoAo/(wM)
Onde:
Xm – quantia de gás necessária para
formar uma cobertura uniforme de
uma monocamada ≈ P
M – peso molecular do gás
adsorvido;
Ao - área ocupacional média de uma
molécula do gás;
No - número de Avogrado;
w – peso da amostra;
COMPARAÇÃO ENTRE AS TÉCNICAS
DE ANÁLISE DE TAMANHO DE
PARTÍCULA
CARACTERIZAÇÃO DE PÓ DE Ta ATR – HDH
MISTURAS
OS TRÊS MODOS DE MISTURAS
GEOMETRIAS COMUNS DE
MISTURADORES
O USO DE LIGANTES E/OU
LUBRIFICANTES
LUBRIFICANTES: REDUZEM O ATRITO ENTRE AS PARTÍCULAS DO
PÓ, E ENTRE ESTAS E AS PAREDES DA MATRIZ DE COMPACTAÇÃO
LIGANTES: AGLOMERAM AS PARTÍCULAS DO PÓ, AUMENTANDO A
COESÃO, PORTANTO A COMPACTABILIDADE
EFEITO DA ADIÇÃO DE
LIGANTE/LUBRIFICANTE NA
DENSIDADE, ESCOAMENTO,
E NA RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO
CONFORMAÇÃO DE
PÓS
COMPACTAÇÃO UNIAXIAL
100 200 300 400 500 600
65
70
75
80
85Fe-20%pCu
Den
sidad
e R
elat
iva
(%)
Pressão (MPa)
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
EXEMPLO TÍPICO DE CURVA DE
COMPACTAÇÃO
ARRANJO INTERSTICIAL E INFLUÊNCIA
DA ADIÇÃO DE PÓ FINO
SEQUÊNCIA DE COMPACTAÇÃO
ESQUEMA DE
COMPACTAÇÃO
UNIAXIAL - AÇÃO
SIMPLES, DUPLA
AÇÃO, E COM
MATRIZ FLUTUANTE
EFEITO DA RELAÇÃO ENTRE ALTURA
E DIÂMETRO NA DENSIFICAÇÃO
COMPACTAÇÃO UNIAXIAL X BIAXIAL:
DENSIFICAÇÃO
COMPACTAÇÃO A QUENTE
COMPACTAÇÃO ISOSTÁTICA
TUBO PRENSADO ISOSTATICAMENTE A
FRIO
COMPACTAÇÃO ISOSTÁTICA A QUENTE
EXTRUSÃO DE PÓS
LAMINAÇÃO DE PÓS
EXEMPLOS DE PRODUTOS OBTIDOS
POR LAMINAÇÃO DE PÓS
MOLDAGEM DE PÓS
POR INJEÇÃO –
POWDER INJECTION
MOLDING
PIM FEEDSTOCKS - PELLETS
FORMATOS DE PEÇAS RECOMENDADOS
EXEMPLO DE PEÇAS OBTIDAS POR PIM
SLIP CASTING – COLAGEM DE
BARBOTINAS
SINTERIZAÇÃO
SÓLIDA
ESQUEMA ILUSTRATIVO: 4
PARTÍCULAS ESFÉRICAS
CAMINHOS DE DIFUSÃO NA
SINTERIZAÇÃO
SEQUÊNCIA DE ISOLAMENTO E
ESFEROIDIZAÇÃO DE PORO: DINÂMICA
DE CONTORNO DE GRÃO
EFEITO DO TEMPO E/OU DA
TEMPERATURA NA MICROESTRUTURA
EFEITO DA TEMPERATURA DE
SINTERIZAÇÃO NAS PROPIEDADES
EFEITO DO TEMPO DE SINTERIZAÇÃO
SINTERIZAÇÃO
POR FASE
LÍQUIDA
ESTÁGIOS DA SINTERIZAÇÃO POR
FASE LÍQUIDA
Mistura de
pósMETAL base
aditivo
poro1-Rearranjo
Primário:
formação de líquido e espalhamento
2- Dissolução e Reprecipitação:
difusão, acomodação de
forma e crescimento de
grão
3 - Sinterização
no estado sólido:
eliminação de
poros,
crescimento de
grão e de
contatos
3
por
o
12
4
567
3
8
1
68 5
34
2
7 1
6
5
4
2
7
12
3 4
567
8
9
9
9
9
líquido
LPS: Fe-Cu ANTES E APÓS A FUSÃO
DE Cu
LPS: INFILTRAÇÃO
EXEMPLO DE INFILTRAÇÃO
SINTERIZAÇÃO
ATIVADA
CRITÉRIOS DA SINTERIZAÇÃO
ATIVADA
DIAGRAMAS DE FASES
ESQUEMÁTICOS
DENSIFICAÇÃO E INCHARÇO
CAMINHOS DE DIFUSÃO
SISTEMA Mo-Ni
BOA SINTERIZAÇÃO ATIVADA: W-Ni
RETRAÇÃO LINEAR (L/LO) EM W
MÁ SINTERIZAÇÃO ATIVADA:
SEGREGAÇÃO DE DOPANTE
SINTERIZAÇÃO
REATIVA
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA
SINTERIZAÇÃO REATIVA
EFEITO DO TAMANHO DE PARTÍCULA NA
SINTERIZAÇÃO REATIVA
RETRAÇÃO DE ALGUNS MATERIAIS
OBTIDOS VIA SINTERIZAÇÃO REATIVA
EFEITO DA ADIÇÃO PRÉVIA DE NiAl NA
SINTERIZAÇÃO REATIVA DE Ni+Al
SINTERIZAÇÃO
POR ALTAS
PRESSÕES
PRENSA DE 2500
TONELADAS DO
SMSD/LAMAV/UENF
DISPOSITIVO DE ALTA PRESSÃO DA
PRENSA DE 2500 TONELADAS DO
SMSD/LAMAV/UENF
CÁPSULA DEFORMÁVEL COM
AMOSTRA DENTRO
DEFORMAÇÃO DA CÉLULA REATIVA
DENTRO DO DAP
Figura 9. Esquema mostrando a deformação da célula reativa no
DAP. (1) Cone protetor, (2) Bigorna, (3) Disco de molibdênio, (4)
Tampa de calcita , (5) Cápsula deformável de calcita, (6) Anel de PVC
, (7) Mistura, (8) Anéis de cintamento, (9) Gaxeta formada, (10) Anel
de PVC deformado, (11) Cápsula após deformação.
WC-15%pCo SINTERIZADO A 5GPa/1350OC/2
MINUTOS E DIAMANTE-5%PCo SINTERIZADO
A 7GPa/1500OC/30SEGUNDOS
DENS. = 92% HV10 = 11,24 GPa DENS. = 93% HV10 = 42 GPa
FORNOS DE
SINTERIZAÇÃO
ELEMENTOS DE AQUECIMENTO DE
FORNOS DE SINTERIZAÇÃO
SEQUÊNCIA DE OPERAÇÕES NO
FORNO DURANTE SINTERIZAÇÃO
FORNO MUFLA CONTÍNUO DE ESTEIRA
FORNOS A ATMOSFERA CONTROLADA OU
NÃO – TRATAMENTOS TÉRMICOS E/OU
TERMOQUÍMICOS: COMBUSTOL
FORNOS A VÁCUO – TÊMPERA A
VÁCUO: COMBUSTOL
SINTERIZAÇÃO SEGUIDA DE: NITRETAÇÃO,
CARBONITRETAÇÃO, E
OXICARBONITRETAÇÃO: COMBUSTOL
PRENSAGEM ISOSTÁTICA A QUENTE - HIP
REATOR A PLASMA:
PLASMA SINTERING
APLICAÇÕES
DA
METALURGIA
DO PÓ
MP NO SETOR AUTOMOTIVO
CIRURGIA MODERNA: AGULHAS E
SISTEMA ROBOTIZADO
PRÓTESES EM LIGAS DE TITÂNIO
BUCHAS PARA MANCAIS DE
ESCORREGAMENTO
COMPONENTES EM AÇO PARA BOMBAS
DE ÓLEO
MP NA INDÚSTRIA QUÍMICA
CUBOS E ANÉIS PARA ENGRENAGENS
ENGRENAGENS CÔNICAS DE AÇO
ENGRENAGENS EM GERAL
PINHÕES E CORÔAS DE AÇO
DISCOS E PALHETAS DE TURBINAS
FILTROS DE AÇO E DE BRONZE
VÁLVULA EM AÇO INOXIDÁVEL
AUSTENÍTICO
INSERTS EM METAL DURO – WC/Co
FERRAMENTAS DE
USINAGEM EM
AÇO RÁPIDO
METALURGIA DO PÓ:
MATERIAIS ANTI-
FRICÇÃO
IMPORTÂNCIA DA
METALURGIA DO PÓ
PARA O ESTADO DO
RIO DE JANEIRO
MP NA INDÚSTRIA DE EXPLORAÇÃO
DE PETRÓLEO
CORTADORES E
ESTABILIZADOR DE COLUNA
DE PERFURAÇÃO
MP NA INDÚSTRIA DE ROCHAS
ORNAMENTAIS
TEAR MULTI-FIOS DIAMANTADOS
BASÍLICA DE SANT’ANASTASIA –
VERONA/ITÁLIA
SETOR DE CERÂMICA VERMELHA
Uso de tecnologia na confecção dos
produtos
Gás natural: confecção de pisos e
revestimentos
Fim
The end
Finito
Fin
Das ist aus
