Obtenção de espuma de alumínio através do processo de Metalurgia do Pó e propriedades mecânicas de estruturas sanduíche

Abstract

Espumas de alumínio são materiais de estrutura porosa que combinam as propriedades de materiais celulares com as dos materiais metálicos. A espuma metálica, com porosidade acima de 70%, pode ser obtida principalmente pela via “metal líquido” e via “metalurgia do pó”. Este trabalho visa uma contribuição para o desenvolvimento da produção de espumas de alumínio via Metalurgia do Pó (MP), inédita no Brasil. Busca-se estudar e definir os parâmetros para produzir a espuma de alumínio e estruturas sanduíche através do processo de MP e por fim conhecer o seu comportamento mecânico. É proposta, também, uma otimização do processo, pois, atualmente, a etapa de compactação do pó ocorre através do processo de extrusão, ou compactação a quente ou laminação, ou ainda a combinação desses. Para definir os parâmetros do processo foi estudada a condição de mistura, além da proporção do pó de alumínio e o agente expansor (TiH2). Foram estudadas as condições do processo de espumagem variando temperatura e tempo. A partir desses resultados foram obtidas as estruturas sanduíche, sendo que o foco foi tubos metálicos de aço preenchidos por espuma de alumínio. Posteriormente, foi estudado o comportamento mecânico da espuma e dos tubos preenchidos com espuma através dos ensaios de compressão e flexão. Os resultados das propriedades das espuma foram comparados com as propriedades previstas através de equações propostas por Ashby et. al.. Os resultados indicam a real possibilidade de realizar apenas a compactação axial a frio do pó metálico, atingindo densidade superior a 95% do material denso com 450 MPa de pressão de compactação. O processo de mistura dos pós mais adequado foi o realizado em misturador convencional do tipo “duplo V” por 2 horas, obtendo uma boa homogeneidade. A condição mais adequada de obtenção de espuma foi com a proporção de mistura de 1,0% de TiH2, com espumagem em 710oC por 10 minutos. Os ensaios mecânicos mostraram que os tubos preenchidos com espuma de alumínio apresentam um aumento considerável nas propriedades.

Aluminum foams are materials of porous structure that combine the properties of cell material with those of metallic materials. The metal foam, with porosity above 70%, can be achieved mainly by the "liquid metal route" and by "powder metallurgy". This study aims to contribute to the development of aluminum foam production by powder metallurgy process (PM), unprecedented in Brazil. The objective is to study and define the parameters for producing aluminum foam and sandwich structures by the process of PM, and understand its mechanical behavior. It is proposed also a process optimization, since nowadays the powder compaction phase takes place by the process of extrusion, hot compression or rolling, or even a combination of these. To establish the process parameters, the condition of mixing was studied, as well as the amount of aluminum and blowing agent (TiH2) powder. Were also studied the foaming process conditions by varying the temperature and time. From these results were obtained the sandwich structures, being the focus on steel metal tubes filled with aluminum foam. Subsequently, it was studied the mechanical behavior of the foam and the tubes filled with foam through bending and compression tests. The results of the properties of the foam were compared with the properties predicted by equations proposed by Ashby et. al .. The results showed real possibility to perform only cold axial compression of the metal powder, reaching a density greater than 95% with 450 MPa of compaction pressure. The most adequate mixing of the powders process was carried out in a conventional mixer such as "double V" for 2 hours to give a good homogeneity. The best condition for obtaining foam was with the mixing amount of 1.0% TiH2, with foaming at 710oC for 10 minutes. The mechanical tests showed that the tubes filled with aluminum foam present a considerable increase in the properties.