Caracterização microestrutural e tribológica de compósito em matriz de alumínio reforçado com quasicristais do sistema Al-Cu-Fe-Cr obtido através de solidificação (in situ)
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Dagoberto Brandão Santos
Guilherme Yuuki Koga
Guilherme Yuuki Koga
Resumo
Quasicristais, suas propriedades e seus processos de fabricação têm sido constantemente estudados nas últimas décadas, com o objetivo de encontrar a aplicações práticas destes materiais na indústria. O sistema AlCuFeCr é um dos sistemas mais estudados atualmente devido a presença da fase quasicristalina decagonal estável observada nas ligas deste sistema. Entretanto, as altas taxas de resfriamento envolvidas na maioria dos processos de fabricação conhecidos e a fragilidade dos materiais inteiramente compostos por quasicristais ainda impossibilita que estes materiais tenham uma aplicação industrial . Neste estudo foi fabricado na forma bulk uma liga de alumínio com composição Al85Cu6Fe3Cr6 por conformação por spray realizada em uma única etapa de fabricação. Amostras em pó (obtidas por atomização) e uma amostra fabricada por fundição em forno à arco foram também analisadas. A caracterização microestrutural da liga revelou a presença da fase estável quasicristalina decagonal, em equilíbrio com fases intermetálicas e alumínio cúbico de face centrada, (cfc). Pela primeira vez, um compósito composto majoritariamente por quasicristais e alumínio (cfc) foi fabricado em escala acima de 1 kg, através de um processo único de solidificação. A sequência de formação de fases mostra-se diferente quando se usa o processo de fundição em forno à arco em comparação com as amostras atomizadas e conformadas por spray. Enquanto a amostrada fabricada por fundição em forno à arco necessita de um tratamento térmico posterior para aumento da fração de fase quasicristalina, as amostras atomizadas e conformadas por spray apresentaram a formação dos quasicristais diretamente após a solidificação da liga. A combinação microestrutural de quasicristal com alumínio mostrou-se eficaz para um bom desempenho em desgaste por deslizamento muito superior à uma liga Al-Si A380, na maior parte das condições estudadas.
Abstract
Quasicrystals, their properties and the manufacturing processes involved in their fabrication
have been studied in recent decades, in order to find possible practical applications of these
materials in the industry. The AlCuFeCr system is one of the most studied systems nowadays
due to the presence of the stable decagonal quasicrystalline phase observed in the alloys of this
system. However, as high cooling rates are still requires in most of the known fabrication
processes for these materials and the brittle behavior presented by these materials make it,
currently, impossible their applications. In this study, a bulk form of an aluminum alloy with
Al85Cu6Fe3Cr6 composition was manufactured by spray-forming, carried out in a single
manufacturing step. Gas atomized particles and a arc-melted bulk sample were also analyzed.
A microstructural characterization of the alloy revealed a presence of the quasicrystalline
decagonal stable phase in equilibrium with intermetallic phases and face centered cubic
aluminum (FCC). This work produced, for the first time, a large volume (> 1 kg) Al-matrix
composite reinforced with quasicrystals, through a single-step solidification process. Phase
formation sequence is different when comparing the arc-melted sample and the gasatomized/spray-formed samples. While the arc-melted sample requires a posterior thermal
treatment to increase quasicrystalline phase fraction, the gas-atomized or spray-formed samples
formed a large fraction of quasicrystal directly during the solidification process. This
microstructural combination of quasicrystals with aluminum FCC showed to be effective for a
good performance under sliding wear conditions, being significantly superior to a Al-Si A380
alloy in most tested conditions.
Assunto
Engenharia metalúrgica, Metalurgia física, Ligas de alumínio, Microestrutura, Quase-cristais
Palavras-chave
Quasicristais, Compósitos em matriz de alumínio, Microscopia Eletrônica, Desgaste, Atrito