moagem de alta energia

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.


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.


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.


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


GUAXIAN, L et al, 1995.


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.


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.


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.


LU, L.; ZHANG, Y.F., 1999


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.


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.

moagem de alta energia

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