Caracterizações microestrutural, mecânica e tribológica do cobre e compósitos de cobre-Al2O3 obtidos por spark plasma sintering.

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Briones Castillo, Francisco Guillermo Leonardo
• 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: Al2O3; Cobre; Copper; Ensaio de riscamento; Influência da rota de aplicação de pressão; Pressure application route influence; Scratch test; SPS
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-17072023-152246/

A sinterização por Spark Plasma (SPS) é empregada para obter respostas tribológicas superiores em cobre e compósitos de Cu-Al2O3. Neste contexto, a modificação na interface entre cobre e Al2O3 é um método para melhorar as propriedades mecânicas e a resistência ao desgaste abrasivo do cobre, aplicado em sistemas mecânicos e elétricos. Esta tese aborda o efeito das características microestruturais e da adição de partículas de Al2O3 no desempenho tribológico do cobre sinterizado pela técnica Spark Plasma Sintering. A primeira parte da tese consistiu na consolidação do cobre por SPS a 650 ºC e diferentes rotas de pressão aplicadas durante o tempo de patamar e de aquecimento. As pressões alcançaram valores de 50, 65 e 110 MPa. Os resultados mostraram diferentes características, como densificação, distribuição dos poros, tamanho de grão e propriedades mecânicas. O principal objetivo da primeira parte do estudo foi selecionar os melhores parâmetros de sinterização, com base nos resultados de densidade e dureza, para sinterizar os compósitos Cu-Al2O3. A segunda parte foi a modificação das interfaces entre partículas de cobre e Al2O3 de modo exploratório. Por fim, a fabricação de compósitos à base de cobre foi avaliada usando métodos de adição de Al2O3: i) mistura de partículas de Al2O3 em pó de cobre como recebido; ii) processo de revestimento, no qual a deposição de prata sobre partículas de Al2O3 foi realizada por um magnéton pulsado de corrente contínua (PDCMS) e iii) revestimento mecânico-químico da superfície de partículas de Al2O3 com prata usando eletrodeposição. As caracterizações das amostras foram feitas por MEV, espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS) e difração de raios X (XRD). A dureza e o módulo de elasticidade das amostras foram determinados por ensaios de indentação instrumentada e microdureza Vickers. A avaliação dos micro-mecanismos abrasivos foi realizada considerando o efeito de abrasivo único. Os ensaios de riscamento foram conduzidos por meio de duas geometrias abrasivas, aplicando-se cargas normais constantes. As superfícies desgastadas foram analisadas utilizando perfilometria 3D, MEV e FEG/MEV. Os resultados mostraram a versatilidade da técnica SPS para a fabricação de amostras com distintas microestruturas, o que permite a obtenção de materiais com diferentes respostas de coeficientes de atrito (COF) aparente e mecanismos de desgaste abrasivo. A adição de partículas de Al2O3 aumentou a resistência ao desgaste e dureza em relação ao cobre. Os resultados tribológicos indicaram efeitos locais no COF em micro-escala que foram relacionados aos métodos de modificação da superfície das partículas de Al2O3, o que resultou em mudanças na distribuição de partículas e poros e nas interfaces entre cobre/Al2O3. As mudanças de superfície de Al2O3 foram predominantes no desgaste local. Em consequência, a profundidade e o volume removido diminuíram e a energia específica de atrito aumentou. O COF local diminuiu devido às partículas de Al2O3 e aumentou em regiões de poros. As transições dos micro-mecanismos foram marcadas em função das cargas normais para cada compósito. Portanto, esta pesquisa contribuiu para o desenvolvimento de uma metodologia para avaliar novas rotas de sinterização por SPS, a adição de alumina e interfaces modificadas na densificação, bem como o desempenho tribológico de cobre e seus compósitos.