Utilização do processo de moldagem por injeção de pós metálicos nanométricos (MIM) para o desenvolvimento de rotor e estator em servomotor aplicado à área médica

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Martins, Vinicius
• Orientador(a): Schaeffer, Lirio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Servomotores; Moldagem por injeção; Ferro; Metalurgia do pó
• Palavras-chave em Inglês: Mini-step motors; Metal injection moulding; Nanosized powders; Pure iron
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/214169

O presente trabalho tem como objetivo geral a obtenção de rotores e estatores de mini-motor de passo, ambos aplicados na área médica, pelo processo de metalurgia do pó. A pesquisa é desenvolvida e dividida em quatro fases. Na Fase 1, as propriedades físicas, mecânicas, elétricas e magnéticas do ferro puro e com adição de 1, 2, 3% de silício, obtidos por metalurgia do pó convencional, foram estudadas a partir da observação da morfologia das partículas por microscopia eletrônica e granulometria a laser. Ainda, foram realizadas a compactação e sinterização do ferro puro (9 μm) e ferro com adições de percentuais de silício e avaliadas as densidades. Realizaram-se ensaios de dureza e microdureza para determinação das propriedades mecânicas, traçaram-se as curvas de histerese e mediram-se a resistividade das amostras. A Fase 2 destinou-se a determinar o polímero estrutural e o melhor lubrificante a serem utilizados no processo de injeção. Realizaram-se reologia e DSC/TGA dos seguintes polímeros: polipropileno, polietileno de baixa densidade linear, polimetil-metacrilato e etileno-acetato de vinila. Foi definido o Polietileno de baixa densidade linear como polímero estrutural e, parafina e cera de carnaúba como lubrificantes mais adequados ao processo. Ainda, injetou-se pó de ferro puro e pó de ferro com 3% de silício micrométrico e as propriedades físicas, mecânicas, magnéticas e elétricas foram quantificadas. Na Fase 3 o pó de ferro foi moído por 53 horas em um moinho de alta energia obtendo partículas menores que 100 nanômetros. Avaliou-se o efeito da adição de pó nanométrico sobre o pó de ferro micrométrico através da análise de porosidade e de tamanho de grão, observados por metalografia e pelos resultados de microdureza. Com o pó de ferro 100% nanométrico determinou-se a curva de compressibilidade a partir de análises conjuntas de metalografia e microdureza. Produziu-se, ainda, carga injetável com o pó nanométrico. Injetaram-se corpos de prova e foram realizadas extrações químicas e térmicas, e sinterização. Posteriormente, caracterizou-se a densidade a verde, densidade marrom, densidade do sinterizado e contração volumétrica geral. Na Fase 4 foi realizado o modelamento do mini-servomotor em CAD 3D (SolidWorks®) e simulado com o programa FEMM® 4.2, onde oito geometrias de rotores foram analisadas. O processo de injeção foi simulado com carga injetável caracterizada através da base de dados do “Plastic Simulation®”. Injetou-se o rotor e estator com pó de ferro micrométrico e também o estator com pó 25% nanométrico e pó 100% nanométrico. Mensurou-se a densidade a verde dos componentes microservomotor com pó micrométrico, marrom, contração volumétrica geral com média de 46%, sendo que a densidade dos sinterizados ficou com a média de 7,10 g/cm³ e foi caracterizada por metalografia. As contrações volumétricas gerais entre as peças injetadas e sinterizadas foram de 54,1%. O mini-servomotor com pó 100% micrométrico tem microdureza média de 102 HV, diminuindo com a adição de 25 % de pó nanométrico para o valor médio de 83 HV, e o pó 100% nanométrico aumentou significativamente a microdureza média para 152,5 HV. Este trabalho mostrou que é possível fabricar rotores e estatores de minimotores de passo por moldagem de pós por injeção de ferro puro e ligas de ferro-silício.