Desenvolvimento de um processo de sinterização a plasma para o alumínio com avaliação da influência da atmosfera gasosa

Abstract

Avanços recentes no processo de Metalurgia do Pó possibilitaram a produção de ligas de alumínio com ótimas propriedades e capazes de serem aplicadas nas indústrias automotiva e aeroespacial. Dentre as principais vantagens destas ligas, estão, a baixa relação peso/resistência, a alta condutividade térmica e elétrica, e a alta resistência à corrosão sob vários ambientes. Este trabalho teve como objetivo o estudo de um processo alternativo de sinterização do alumínio baseado na aplicação de plasma produzido por descarga incandescente anômala. Pó de alumínio comercial foram misturadas com 1% em peso de estearato de zinco (como lubrificante) e então compactadas sob pressão de 600 Mpa. A dimensões das amostras compactadas (verdes) ficaram em aproximadamente 13mm de altura e 10mm de diâmetro e massa controlada em torno de 3,5g. A fim de analisar as diferenças das amostras antes e após o processo de sinterização, foram calculadas as densificações para cada corpo de prova produzido. Posteriormente, as amostras verdes compactadas passaram pelo processo de sinterização a plasma e convencional, ambas com temperatura (500ºC) e atmosfera definidas. A sinterização convencional foi realizada utilizando duas atmosferas, argônio puro e nitrogênio puro, e o processo a plasma empregou, além de argônio e nitrogênio, o gás hidrogênio. Após a sinterização as amostras foram caracterizadas quanto a densificação, dureza, composição química e rugosidade superficial, além disso, uma análise metalográfica foi realizada por Microscopia Eletrônica de Varredura (com EDS). Embora todas as atmosferas foram efetivas na sinterização a plasma, o nitrogênio foi capaz de produzir a menor redução de densificação nas amostras, bem como a maior dureza e a menor rugosidade, dentre as amostras tratadas a plasma. A utilização do plasma também gerou uma melhor extração do lubrificante, porém com um aumento significativo da rugosidade com relação ao processo convencional devido à ação do sputtering gerado pelo bombardeamento iônico.

The recent advances in Powder Metallurgy make possible the production of Aluminum alloys with great properties and applicable in the automotive and aerospace industries. Among the main advantages of these alloys, the low weight to strength rate, high thermal and electrical conductivity, and the high corrosion resistance under several environments can be pointed out. This work had as aim the investigation of an alternative sintering process for Aluminum based on plasma glow discharge. Aluminum commercial powder was mixed with 1 weight-% of Zinc Stearate (as lubricant) and then compacted under 600 MPa pressure. The dimension of the as compacted (green) samples were about 13mm of height and 10mm of diameter and the mass around 3.5g. In order to analyze the differences of samples before and after e sintering process, the densification was calculated for each sample individually. After that, the green samples were sintered by plasma and in a conventional resistive furnace with protected atmosphere, using predefined temperature (500ºC) and gas atmospheres. The conventional sintering was carried out using two different atmospheres pure Argon and pure Nitrogen, and in the plasma sintering, besides Argon and Nitrogen, Hydrogen was used. After sintering the samples were investigated for densification, hardness, chemical composition and roughness, besides that metallography analysis by Electronic Microscopy with EDS were performed. Although all atmospheres were effective in the plasma sintering, the Nitrogen was able to produce the lowest reduction in density, the highest hardness and the lowest roughness, among all tested plasma conditions. The use of plasma also was responsible for an more efficient extraction of the lubricant, however with a significant increase of the roughness in relation to the conventional process, which was attributed to the sputtering effect by ion bombardment.