Desenvolvimento de uma metodologia de processamento para obtenção de materiais com variação contínua de funcionalidade - Andrade, J. C. (2020)
Os Materiais com Gradação de Funcionalidade (MGF) são aqueles que possuem variação de propriedades ao longo de uma ou mais direções. Eles são uma alternativa aos compósitos convencionais em aplicações que possuem gradientes de solicitações (mecânicas, térmicas, elétricas etc.) ou quando se quer reduzir os efeitos negativos causados pela incompatibilidade de materiais aplicados diretamente um sobre o outro, caso de metais revestidos com componentes cerâmicos. Há várias técnicas de produção de MGFs, porém, a maioria delas resulta em uma gradação discreta em peças volumosas (bulks) o que, para muitas aplicações, pode ser um fator negativo já que ocorre mudança abrupta de propriedades entre as camadas. O objetivo de estudo desta pesquisa foi, portanto, o desenvolvimento de uma metodologia para obter materiais volumosos com gradação contínua de funcionalidade a partir da mistura de sistemas particulados e consolidação pelo processo de gelcasting. Os sistemas utilizados foram suspensões de aço inoxidável e alumina, sendo esta última empregada com duas distribuições de tamanho de partícula para avaliar o efeito desta variável sobre o processamento e propriedades do material formado. Tais suspensões foram otimizadas quanto a concentração ideal de dispersante e introduzidas em um misturador estático em proporção variável através de um dispositivo composto por seringas, mangueiras, motores de passo e fusos controlados por uma placa microcontroladora, de modo que a suspensão na saída do misturador fosse transferida para um molde com uma variação contínua de composição. Foram definidos alguns perfis de gradação – ao longo do comprimento de todas as peças produzidas ou em regiões específicas delas. A consolidação da suspensão no interior do molde foi feita através do processo gelcasting, razão pela qual foram preparadas com altos teores de sólido, mas com viscosidade compatível com o sistema de vazão variável. Com o objetivo de compatibilizar as temperaturas de sinterização entre o aço inoxidável e a alumina, foi aplicado um aditivo composto por dióxido de titânio (TiO2) e óxido de cobre (CuO) em uma proporção de 4:1 em peso. Resultados de dilatometria de amostras antes da mistura evidenciaram a densificação da alumina após sinterização a 1400 ºC. A gradação formada apresentou-se macroscopicamente visível no corpo verde. A análise dos corpos de prova sinterizados foi realizada por meio da obtenção de algumas propriedades ao longo do seu comprimento, tais como retração após sinterização, densidade, porosidade aparente e teor de fase ferromagnética. A gradação foi constatada por meio da observação da variação destas propriedades ao longo do comprimento total das amostras ou em regiões específicas previstas para gradação. A metodologia se mostrou viável para a produção de peças volumosas com funcionalidade variando continuamente ao longo do comprimento, porém estudos futuros devem ser realizados para melhorar a densificação das regiões ricas em alumina, que ficaram aquém do esperado