Caracterização de compósitos de matriz de aço inoxidável AISI 310 reforçado com partículas de alumina e grafeno processado por gelcasting - Oliveira, Louise Fernanda Rodrigues (2024)
O processo de gelcasting é uma técnica fluida de moldagem que permite o uso de uma ampla variedade de pós em seu preparo, sejam eles partículas cerâmicas ou metálicas, em qualquer concentração de sólidos, sendo de potencial aplicação para obtenção de materiais compósitos. Materiais compósitos consistem em uma fase contínua (matriz), onde uma fase descontínua (reforço) é distribuída em frações volumétricas, tamanhos e formas diversas, o que afeta diretamente as propriedades físicas, químicas e mecânicas da matriz. Apesar disso, a aplicação do processo de gelcasting na obtenção de compósitos de matriz metálica, especificamente, de aço inoxidável reforçados com partículas de alumina e grafeno ainda é um assunto escasso na literatura. Este trabalho descreve o uso de tal processo no preparo de um compósito de matriz metálica de aço inoxidável AISI 310 reforçado com adições 1, 3 e 5 %v. de partículas de alumina e adições de 0,5 %v. de nanoplaquetas de grafeno. Antes do preparo das amostras, a reologia da suspensão e a interação entre as partículas metálicas e cerâmicas foi investigada, o que é um dos aspectos centrais deste estudo. Foi constatado comportamento Newtoniano nas suspensões estudadas, sendo possível estabelecer a quantidade de agente suspensor e dispersante necessários. Os tamanhos de partícula do AISI 310 e da alumina são, respectivamente, 10 μm e 600 nm. As partículas de nanoplaquetas de grafeno são compostas em média por 30-50 camadas, sendo cada camada de 10 μm. Análise térmica das amostras a verde foi efetuada a fim de definir a temperatura de sinterização e certificar que qualquer evento prejudicial relacionado a densificação poderia ser evitado. Foram obtidas imagens de amostras sinterizadas por microscópio eletrônico de varredura (MEV) e por microscópio óptico, a fim de avaliar a dispersão da alumina e do grafeno na matriz de aço inoxidável. Testes de compressão a temperatura ambiente e a 800 ºC foram conduzidos, em adição a testes de microdureza Vickers e caracterização microestrutural das peças sinterizadas. As tensões de escoamento obtidas foram em média de 240 MPa para temperatura ambiente (Tamb), sendo 285 MPa o maior valor entre todas as amostras testadas, e da ordem de 115 MPa para 800 ºC, sendo o maior valor obtido de 140 MPa entre todas. Tais resultados foram superiores aos valores de 240 MPa da norma ASTM A351/A351M-18e1 para Tamb e de 100 MPa, conforme dados da literatura para 800ºC. A distribuição de partículas de alumina após a sinterização foi homogênea nas condições de processamento usadas neste trabalho, sendo a amostra com adição de 3 %vol. a de melhor dispersão. As adições de alumina e grafeno provocaram maior refinamento de grão da microestrutura em relação à amostra de aço inoxidável puro, bem como maior resistência ao escoamento. O processo de gelcasting se mostrou aplicável para a obtenção de peças de compósito de matriz metálica densas, próximo a densidade teórica, com boas propriedades mecânicas e baixo custo de fabricação.