Fundição centrífuga de compósitos alumínio/sic com gradiente funcional de propriedades: processamento e caracterização

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Ciência dos Materiais Especialidade de Materiais Compósitos pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

o presente trabalho visa três objectivos relacionados com a fundição centrífuga de compósitos de matriz metálica com gradiente funcional de propriedades (FGMMC's) do sistema AVSiCp: a optimização do processo de fundição; a caracterização interfacial dos FGMMC's; e a avaliação do seu comportamento tribológico e resistência à corrosão. As contribuições mais inovadoras incidem em três domínios: a realização de um estudo paramétrico do processo de produção de FGMMC's por fundição centrífuga longitudinal; a aplicação da técnica de microtomografia de raios X com radiação de sincrotrão (SXMT) à caracterização de interfaces AVSiC; e o estudo, embora com carácter preliminar,dos fenómenos de tribocorrosão de FGMMC's AVSiCp• Por imposições decorrentes do equipamento de centrifugação, foi necessário recorrer a compósitos convencionais (MMC's) precursores: um MMC comercial Duralcan" F3S-20S (matriz AI- 9 Si - 0,5 Mg, reforçada com 20 vol% de partículas de SiC com 12 1JlTl), e MMC's produzidos laboratorialmente (reofundição de urna liga AI- 7 Si - 0,3 Mg reforçada por 10 - 40 vol% de partículas de SiC (37,4 e 118,8 1JlTl); fundição com agitação de urna liga AI-I0Si-2Mg reforçada por 10vol% de partículas de SiC (12,3, 37,4 e 118,8j.lm), via seleccionada para a produção da maioria dos precursores). Por fundição centrífuga foram obtidas amostras cilíndricas apresentando variação longitudinal do teor de reforços. O estudo paramétrico incidiu nos efeitos de parâmetros de processo (duração da rampa de aceleração, ÍyMAX; temperatura de vazamento, Tp ; temperatura do molde TM ; e gradiente térmico ITp - TMD e do material precursor (teor(fR) e dimensão (dR) dos reforços) sobre a distribuição dos reforços no FGMMC. Esta foi avaliada através da determinação de perfis de dureza Vickers e de fracção de área de partículas, determinada por análise quantitativa de imagem aplicada à microscopia óptica, que também forneceu informação relativa à segregação dimensional dos reforços. Tal segregação foi atribuída a um efeito de permeabilidade selectiva da frente de solidificação. Os parâmetros com maior influência nos resultados foram ÍyMAX e dR, sendo o efeito de ITp - TMI igualmente importante em certas condições. O estudo das interfaces envolveu a avaliação, por SXMT, do efeito nocivo da porosidade no estabelecimento da interface metal/cerâmico, assim corno a caracterização de interfaces sãs mediante a utilização combinada de XRD, SEMlEDS, AFM e TEM; no caso das interfaces sãs, não foi detectada qualquer camada de reacção, levando a concluir que, nas condições de processamento e caracterização utilizadas, a adesão interfacial é de natureza estritamente tisica. Foram realizados ensaios pino-disco em condições de deslizamento a seco e com lubrificação por água, a fim de estudar os efeitos das condições de lubrificação e do teor de reforços de SiC. Determinaram-se os coeficientes de desgaste, e mediram-se, nos ensaios lubrificados, curvas de potencial em circuito aberto; em conjugação com observações por SEM, estes métodos permitiram esclarecer alguns aspectos relativos à tribocorrosão dos FGMMC's AVSiCp•

PRODEP, Fundação para a Ciência e Tecnologia, projecto POCT1/12301/2001