Desempenho tribológico de ligas e compósitos a base de cobre.

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Silva, Márcio Rodrigues da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Aprendizado computacional; Cobre; Composites; Copper; Custom tribometer; Lubrificação sólida; Machine learning; Materiais compósitos; Solid lubrication; Tribômetro
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-09122024-083739/

As ligas de Cobre têm sido extensivamente utilizadas nas aplicações de mancais de deslizamento de equipamentos pesados, os quais operam em condições de elevadas pressões de contato e de baixas velocidades, nas quais as condições de lubrificação hidrodinâmica não são possíveis, levando em diversas situações a condição de deslizamento a seco. A razão desta aplicabilidade se dá por conta dos baixos coeficientes de atrito e elevada condutividade térmica, que permitem a dissipação do calor gerado durante o deslizamento do eixo, associado com uma considerável resistência ao desgaste. Dentro das ligas de cobre, destacam-se os Bronzes de alto chumbo, nos quais as partículas insolúveis de chumbo atuam como lubrificante sólido, fazendo com que esta liga seja amplamente utilizada no contexto tecnológico. Tendo em vista os efeitos nocivos à saúde humana que o chumbo possui, e a pouca quantidade de estudos de compósitos de cobre com lubrificantes sólidos isentos de componentes nocivos voltados para esta aplicação, foi desenvolvida esta Tese. Para tal, foram fabricados 3 compósitos a base de Bronze Alumínio Níquel, com concentrações de 1, 4 e 7% em peso de dissulfeto de tungstênio. Estes compósitos foram avaliados em um tribômetro pino-disco customizado, o qual foi devidamente construído e validado para as condições de alta pressão e baixa velocidade. Para tal, foram utilizados discos de aço como contra corpo e foram tomadas como referência duas ligas comerciais, uma de Bronze de alto chumbo e outra de Bronze Alumínio Níquel. Foram medidos o coeficiente de atrito, taxa de desgaste específico, temperatura e deformação subsuperficial do pino, além de avaliações de dureza, análise microestrutural e condutividade térmica dos materiais. Uma vez que os modelos de aprendizagem de máquina têm ganhado interesse crescente na área de tribologia, os resultados de coeficiente de atrito foram calculados em uma machine learning baseada em Radial Basis Function (RBF), com a utilização de dados do material e do processo. O tribômetro desenvolvido apresentou resultados adequados em comparação a outro equipamento laboratorial, e as estimativas de incerteza de medição para o coeficiente de atrito foi de 0,4%. Os compósitos apresentaram durezas intermediárias entre as ligas de referência, porém a condutividade térmica e o coeficiente de atrito não apresentaram os resultados esperados, em decorrência da decomposição do dissulfeto de tungstênio em W e Cu2S. A resistência ao desgaste do compósito com 1% de WS2 se mostrou adequada em relação ao Bronze Alumínio Níquel de referência, porém significativo declínio desta resistência ocorreu nos compósitos de 4 e 7%, devido a ocorrência de mecanismo adicional de desgaste. Os valores de temperatura medido divergiram do modelo teórico proposto devido à complexidade de medição em ensaios tribológicos. Os resultados do modelo de RBF para o coeficiente de atrito apresentaram importante ajuste com R2 de 0,914, com o uso de um modelo com dez polos. Os resultados desta Tese estabelecem metodologias para uma linha de pesquisa para a fabricação e avaliação de compósitos a base de Cobre com desempenho melhorado para esta condição, e para o aprimoramento do respectivo modelo de aprendizagem de máquina.