Desenvolvimento e caracterização de nanocompósitos Al/Nb2O5 processados por high-pressure torsion
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
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Berenice Mendonça Gonzalez
Roberto Braga Figueiredo
Roberto Braga Figueiredo
Resumo
A indústria dos transportes busca não só materiais mais leves, como também, materiais que sejam resistentes, com o objetivo de reduzir de consumo de combustíveis e consequentemente, se adequar às regulamentações ambientais. Para cumprir essa demanda, novos materiais têm sido desenvolvidos, dentre eles, os compósitos de matriz metálica com óxido de nióbio nanoestruturado. Foi desenvolvido um material compósito de matriz de alumínio com propriedades superiores ao alumínio puro (99,5%). Amostras de
Al puro e Al reforçadas com nanopartículas (10%(m/m) de Nb2O5) foram produzidas via metalurgia do pó e sinterizadas a 600°C, durante 1h. Além disso, as amostras foram processados por high-pressure torsion (HPT) para diferentes números de voltas N= 1/8, 1 e 5. Os valores máximos de microdureza apresentados pelas amostras MMC_HPT_5 e Al_HPT_5 foram ~150Hv e 80Hv, respectivamente. Foi constatada a coalescência dos nanofios de Nb2O5 após a sinterização, bem como a formação de Al2O3 e aluminotermia parcial do Nb2O5 para NbO2 e formação partículas com centenas de nanômetros. O processamento por HPT promoveu a difusão do Nb metálico para as deslocações no grão de alumínio, atuando como mecanismo de endurecimento. O MMC_HPT_5 apresentou valores máximos de microdureza bem próximo à amostra processada somente por HPT, fabricada por Silva et. al (2019) nas mesmas condições. Além disso, em ambas amostras de Al/Nb2O5, constatou-se que o refino de grão não é o principal mecanismo de endurecimento.
Abstract
The transportation industry searches not only for lighter materials, but also for materials that are resistant, in order to reduce fuel consumption and consequently to suits in the environmental regulations. To achieve this demand, new materials have been developed, among them, the metal matrix composites with nanostructured niobium oxide. Aluminum matrix composite material with superior properties to pure aluminum was developed. Samples of pure Al and Al reinforced with nanoparticles (10% wt. of Nb2O5) were produced via powder metallurgy and sintered at 600°C for 1h. In addition, the samples were processed by high-pressure torsion (HPT) for different numbers of revolutions N= 1/8, 1 and 5. The maximum microhardness values presented by samples MMC_HPT_5 and Al_HPT_5 were ~150Hv and 80Hv, respectively. It was observed the coalescence of nanowires of Nb2O5 after sintering and formation of particles with hundreds of nanometers, as well as the formation of Al2O3 and partial aluminothermic reduction of Nb2O5 to NbO2. Processing by HPT promoted the diffusion of Nb to the dislocations in the aluminum grain, acting as a hardening mechanism. The MMC_HPT_5 presented maximum microhardness values very close to the sample processed only by HPT, manufactured by Silva et. al (2019) under the same conditions. Furthermore, in both Al/Nb2O5 samples, it was found that grain refining is not the main hardening mechanism.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Metalurgia física, Alumínio
Palavras-chave
Sinterização, High-pressure torsion, Óxido de nióbio, Alumínio, Microestrutura
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