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PROCESSAMENTO DE MATERIAIS REFORÇADOS POR MOAGEM DE ALTA ENERGIA
Luiz Eloi Vieira Junior
Apresentação
Materiais Avançados;
Moagem de Alta Energia;
Materiais Nanoestruturados;
Considerações finais.
Materiais Avançados
São ditos materiais avançados aqueles que são projetados com propriedades específicas para um determinado fim;
Geralmente são obtidos por técnicas avançadas de processamento. Ex: Solidificação Ultra Rápida, Deposição a Partir de Vapor, Rota Sol-Gel, Hidrotérmico e Mecanossíntese.
Moagem de Alta Energia
Atributos da MOA;
Nomenclatura;
Variáveis Processuais;
MOA – Atributos
Produção de uma segunda fase finamente dispersa;
Extensão no limite de solubilidade de ligas;
Refino de grão a nível submicrométrico; Amorfização de ligas; Produção de ligas a partir de elementos
imiscíveis ao diagrama de fases; Aumento da cinética de reações; Processo escalável.
MOA - Nomenclaturas
Moagem Mecânica;
Moagem de Alta Energia;
Criomoagem.
MOA – Variáveis Processuais
Tipos de Moinhos; Velocidade de Moagem; Tempo de Moagem; Distribuição de Tamanhos e Tipos de
Esferas no Moinho; Relação Corpos de Moagem e Pós; Atmosfera de Moagem; Aditivos; Temperatura do Moinho.
MOA – Variáveis Processuais
Matérias-Primas;
Tipos de Moinhos;
Variáveis Processuais – Tipos de Moinhos Moinho Spex;
Moinho Planetário;
Moinho Atritor;
Moinho Comercial.
Variáveis Processuais – Tipos de Moinhos
SURYANARAYANA, 2001.
MOA – Variáveis Processuais
Tipos de Moinhos – Os moinhos usados variam nos volumes e velocidades;
Ex: A formação do composto H0,23WO3 é alcançada em 10h em moinho de alta energia e 200h em moinho de baixa energia. (URRETAVIZCAYA,G. et. al, 2007)
TiB2. SURYANARAYANA, C., 2001.
MOA – Variáveis Processuais
Velocidade de moagem – Alta velocidade de rotação tem como conseqüência o aumento da temperatura dentro do moinho. Isso aumenta a cinética de reação e pode haver tanto uma aceleração do processo quanto a formação/decomposição de fases.
KH GHEISARI et. al, 2009
MOA – Variáveis Processuais
GUAXIAN, L et al, 1995.
MOA – Variáveis Processuais
Tempo de Moagem – É um parâmetro que envolve todas as outras variáveis de processo. O tempo de moagem é um fator experimental, sendo aquele onde o resultado esperado é alcançado.
MOA – Variáveis Processuais
BOLOKANG, S. et. al, 2009
MOA – Variáveis Processuais Distribuição de Tamanhos e Tipos de Esferas no
Moinho – Os corpos de moagem precisam ser densos o suficiente para fornecer energia sobre as partículas. Esferas maiores provém maior energia de impacto. Esferas menores podem promover a formação tanto de ligas quanto amorfização;
Um cuidado especial na escolha do material dos corpos de moagem. Eles precisam ser de materiais semelhantes a liga processada. Isso também se aplica ao jarro de moagem.
Experimentalmente, é interessante usar esferas previamente contaminadas com o material de trabalho.
MOA – Variáveis Processuais Relação Corpos
de Moagem e Pós.
Ex: Liga Ti-33%at Al – BPR:
- 10:1 = 7h;- 50:1 = 2h;- 100:1 = 1h. SURYANARAYANA, C., 2001.
MOA – Variáveis Processuais
BOLOKANG, S. et. al, 2009
MOA – Variáveis Processuais Atmosfera de moagem – A atmosfera de
moagem é função da microestrutura desejada;
Principais atmosferas de moagem: Ar, He, O2, N2, NH3, H2 e CH4.
MOA – Variáveis Processuais Aditivos – Conhecidos também como
lubrificantes ou surfactantes;
Diferem na sua natureza;
Contaminação.
MOA – Variáveis Processuais
LU, L.; ZHANG, Y.F., 1999
MOA – Variáveis Processuais
PILAR, M. et. al, 2007
MOA – Variáveis Processuais Temperatura do
moinho – Processo difusivo é auxiliado pela temperatura:
↓T favorecem amorfização; ↑T maiores favorecem a formação de compostos intermetálicos.
SURYANARAYANA, C., 2001.
MOA – Variáveis Processuais
GUAXIAN, L. et al, 1995.
MOA – Mecanismos de Formação de Ligas Conceitos Iniciais;
Sistemas Dúctil-Dúctil;
Sistemas Dúctil-Frágil;
Sistemas Frágil-Frágil.
MOA – Mecanismos de Formação de Ligas Conceitos iniciais – o processo de moagem
envolve deformação → solda fria → fratura, continuadamente.
O encruamento causa a fratura das partículas por mecanismos de fadiga e o surgimento de novas superfícies;
Com o tempo de mistura, aumentam sua energia de deformação;
A presença de defeitos cristalinos aumentam a difusividade de elementos para dentro da matriz (diminuição do livre caminho médio), facilitando a formação de ligas. Contudo às vezes se faz necessário um tratamento térmico para ativação destas.
MOA – Mecanismos de Formação de Ligas Sistemas Dúctil-
Dúctil – Neste sistema, há a combinação de dois materiais dúcteis, por exemplo Ag-Cu;
Estágios da Moagem;
Cu-Ag. SURYANARAYANA, C., 2001.
MOA – Mecanismos de Formação de Ligas Sistemas Dúctil-
Frágil - Etapas de moagem;
SURYANARAYANA, 2001.
MOA – Mecanismos de Formação de Ligas
GILMAN, P.S.; BENJAMIN, J.S., 1983
MOA – Mecanismos de Formação de Ligas
100% Ni Ni – 10%(vol.) SiO2
MOA – Mecanismos de Formação de Ligas Sistemas Frágil-
Frágil – Pergunta: Se materiais frágeis não apresentam escoamento, como é possível se obter liga entre dois componentes duros?
Si-Ge. SURYANARAYANA, C., 2001
MOA – Controle da temperatura durante a moagem Possíveis causas do aumento da
temperatura do moinho;
Formas indiretas de controle de temperatura.
MOA - Produção de Nanomateriais. Mecanismos de Nanoestruturação;
Mecanossíntese;
Ligas ODS.
MOA - Produção de Nanomateriais.
Mecanismos de Nanoestruturação:
1. Bandas de Cisalhamento – alta densidade de discordâncias;
2. Formação de subgrãos com contornos de baixo ângulo - este fenômeno reduz a deformação do reticulado;
3. Há o coalescimento das bandas de cisalhamento por rotação de subgrãos – este alinhamento gera um contorno de alto ângulo livre de textura cristalográfica, livre de discordâncias.
MOA - Produção de Nanomateriais.
RIOS, P.R. et al., 2005.
MOA - Produção de Nanomateriais. Mecanossíntese –MO
+ R → RO. Onde o óxido é reduzido
por um agente mais reativo podendo ser metais ou sulfetos, por exemplo;
Diferencial da Mecanossíntese;
Temperatura de Início de Reação;
SURYANARAYANA, C., 2001.
MOA - Produção de Nanomateriais. Ligas ODS – Ligas
reforçadas pela dispersão de óxidos apresentam combinações de propriedades físicas e mecânicas. Seu maior campo de aplicação são as superligas;
1. SAKASEGAWA, H. et. al., 2008, 2. SURYANARAYANA, 2001.
1.
2.
Considerações Finais
A MOA é uma técnica simples e relativamente barata no processamento de materiais avançados, entretanto necessita um estreito controle de processo e conhecimento teórico;
O grande diferencial da MOA é a síntese de diferentes tipos de materiais sejam eles cristalinos, amorfos e intermetálicos que não precisam necessariamente apresentar solubilidade.
Bibliografia
1. SURYANARAYANA, C., Mechanical alloying and milling, Progress in Materials Science, v. 46, p. 1–184, 2001;
2. SAKASEGAWA, H.; TAMURA, M.; OHTSUKA, S.; UKAI, S., TANIGAWA, H.; KOHYAMA, A., FUJIWARA, M., Precipitation behavior of oxide-dispersion-strengthened steel, Journal of Alloys and Compounds, v. 452, p. 2–6, 2007;
3. GHEISARI, KH., JAVAPOUR, S.; OH, J.T.; GHAFARI, M., The effect of milling speed on the structural proprieties of mechanically alloyed Fe-45%Ni powders, Journal of Alloys and Compounds, v. 472, p. 416–420, 2009;
4. BOLOKANG, S.; BANGANAYI, C.; PHASHA, M., Effect of C and milling parameters on the synthesis of WC powders by mechanical alloying, Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2009;
5. LU, L.; ZHANG, Y.F., Influence of process agent on interdiffusion between Al and Mg during mechanical alloying, Journal of Alloys and Compounds, v. 290, p. 279 – 283, 1999;
6. PILAR, M.; SUÑOL, J.J.; BONASTRE, J.; ESCODA, L., Influence of process control agent in the development of metastable Fe-Zr based alloys, Journal of Non-Crystalline Solids, v. 353, p. 848 – 850, 2007;
7. GUOXIAN, L.; ERDE, W.; ZHRONGREN, W., Effects of ball-milling intensity on the amorphization rate of mixed NisoTiso powders, Journal of Materials Processing Technology, v. 51, pp. 122 – 130, 1995;
8. GILMAN, P.S.; BENJAMIN, J.S., Mechanical Alloying, Annual Reviews os Material Science, v. 13, pp. 279 – 300, 1983;
9. RIOS, P.R.; SICILIANO JR., F.; SANDIM, H.R.Z.; PLAUT, R.L.; PADILHA, A.F., Nucleation and Grouwth During Recrystallization, Materials Research, v. 8, pp. 225 – 238, 2005.