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