Obtenção dos compósitos Al203 - 5%Ni e Al203 - 5%Nb utilizando a moagem de alta energia e a sinterização à vácuo

Abstract

Alumina-based cutting tool materials have been extensively studied, particularly with regard to optimizing properties such as fracture toughness, often deficient in these materials. Thus, in this work, the influence of mechanical alloying on the alumina-based composites with nickel or niobium addition was studied using the powder technology route in the material processing. Alumina based composites with 5% nickel addition and 5% niobium were prepared using powders subjected to mechanical mixing and mechanical alloying. Mechanical mixing was performed manually, and the milling was performed in a high energy planetary mill using the times of 5, 10, 20 and 40 hours. The mixed and milled powders were compacted in a uniaxial press using 700 MPa pressure and sintered in a vacuum oven at 1450⁰C for 1 hour. The samples were characterized for their physical and mechanical properties. The microstructure was analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM). Dispersive Energy Spectroscopy (EDAX) with mapping was performed. X-ray diffraction (XRD) with the aid of Xpert software was used to calculate crystallite sizes. The density was obtained by the Archimedes method and the hardness and fracture toughness by the Vickers printing method. The results of the powders processing indicated the gradual reduction of the particle size of the powders with the increase of the surface area, as well as the reduction of the crystallite size and increase of tension in the net. Regarding the consolidation of the powders after sintering, it was observed that increasing the milling time in the preparation of Al2O3 - 5% Ni powders in up to 40 hours, better properties were obtained, among which, density around 96%, hardness 1480 HV and fracture toughness 4,75 MPa.m1/2. For the Al2O3 - 5% Nb composite, the use of powders subjected to 5 hours of high energy grinding already increases the density values to 95.5%, hardness of 1329 HV and fracture toughness of 4,30 MPa.m1/2 .Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Os materiais para ferramentas de corte à base de alumina têm sido bastante estudados, principalmente no que diz respeito a otimizar propriedades como a tenacidade à fratura, muitas vezes deficiente nesses materiais. Assim, neste trabalho, estudou-se a influência da moagem de alta energia na obtenção dos compósitos a base de alumina com adição de níquel ou nióbio utilizando a rota da tecnologia dos pós no processamento do material. Os compósitos à base de alumina com adição de 5% de níquel e com 5% de nióbio foram preparados utilizando pós submetidos à mistura mecânica e moagem de alta energia. A mistura mecânica foi realizada manualmente, e a moagem foi realizada em um moinho planetário de alta energia utilizando os tempos de 5, 10, 20 e 40 horas. Os pós misturados e moídos foram compactados em prensa uniaxial à 700 MPa e sinterizados em forno à vácuo a 1450⁰C por 1 hora. As amostras foram caracterizadas quanto às propriedades físicas e mecânicas. A microestrutura foi analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Foi realizada a Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) com mapeamento. A Difração de Raios X (DRX) com auxílio do software Xpert foi utilizada para cálculo dos tamanhos dos cristalitos. A densidade foi obtida pelo método de Arquimedes e a dureza e tenacidade à fratura pelo método de impressão Vickers. Os resultados do processamento dos pós indicaram a gradativa redução do tamanho de partículas dos pós com aumento da área superficial, além da redução do tamanho de cristalito e aumento de tensão na rede. Em relação a consolidação dos pós após a sinterização, observou-se que aumentando o tempo de moagem de alta energia na preparação dos pós de Al2O3 – 5% Ni em até 40 horas, foram obtidas melhores propriedades, dentre as quais, densidade em torno de 96%, dureza de 1480 HV e tenacidade à fratura de 4,75 MPa.m1/2 . Já para o compósito Al2O3 – 5% Nb, a utilização de pós submetidos a 5 horas de moagem de alta energia já promove um aumento nos valores de densidade para 95,5%, dureza de 1329 HV e tenacidade à fratura de 4,30 MPa.m1/2