Desenvolvimento de compósitos sinterizados de matriz ferrosa com reforço mecânico e aditivos auto-lubrificantes para aplicações tribológicas.

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Cano Ordoñez, Michell Felipe
• 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: Composites; Friction; Lubrificante sólido; Materiais compósitos; Mechanical reinforcement; Powder mixtures; Reforço mecânico; Sinterização; Solid lubricant; SPS; Wear
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-11052021-094704/

Esta tese propõe o estudo das propriedades mecânicas e comportamento tribológico de compósitos de matriz ferrosa com adição de diferentes partículas, sinterizados por meio da técnica de spark plasma (SPS). A matriz consiste em um pó pré-ligado de Fe-C-085Mo que apresenta uma microestrutura ferrítica-perlítica obtida após resfriamento no SPS. Corpos de prova com cada aditivo (WC, MoS2, grafite e MoS2/grafite) foram fabricados para relacionar o efeito de cada um na microestrutura, nas propriedades mecânicas e comportamento tribológico. A microestrutura dos compósitos foi analisada por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS). e difração de raios-X (DRX). A composição química das fases foi determinada por espectroscopia de raios-X de dispersão de comprimento de onda (WDS). A dureza e o modulo de Young dos compósitos foram determinados por ensaios de indentação instrumentada (EII), e o comportamento tribológico foi estudado por meio de ensaios de esfera-sobre-disco a seco em diferentes níveis de carga normal (5,10,15 e 20) N. As superfícies desgastadas foram analisadas por meio de perfilometria 3D, MEV e EDS. A microestrutura subsuperficial foi analisada por meio de microscopia de feixe de íons focalizado (FIB), para determinar o efeito da carga aplicada, na deformação subsuperficial da matriz, no suporte da carga pelas partículas de reforço e na extrusão dos lubrificantes sólidos. Ensaios de riscamento foram realizados para estudar a capacidade dos lubrificantes sólidos para se espalhar e formar um tribofilme. A composição química e distribuição elementar dos produtos de desgaste e tribofilmes foi analisada por meio de análises por espectroscopia Raman. Ensaios tribológicos adicionais com observação in situ foram realizados para analisar os fluxos de partículas de terceiro corpo dentro da interface de contato, e seu efeito no coeficiente de atrito para os diferentes materiais. Os resultados mostraram a versatilidade da técnica SPS para fabricação de compósitos com adição de diferentes reforços, e que permitem a obtenção de materiais com diferentes níveis de atrito e desgaste. A adição de partículas duras de WC aumentou a resistência ao desgaste e a dureza do aço, mas com as maiores cargas as partículas duras aumentaram o desgaste abrasivo e o atrito. A maior capacidade das partículas de carbono para formação de um tribofilme protetivo de carbono no compósito com adição de grafite resultou nos menores valores de atrito e desgaste. No entanto, para o compósito com adição de MoS2 as partículas de lubrificante sofreram decomposição para formação de FeS, que aumentou a dureza da matriz, mas o destacamento destas fases aumentou o coeficiente de atrito com a maior carga normal. Por fim, o compósito com adição dos de grafite + MoS2 produziu os maiores valores de dureza e com um coeficiente de atrito baixo, que aumentou gradualmente pela formação de uma camada de óxido mista.