Doutoramento em Ciência e Engenharia de MateriaisO principal objectivo deste trabalho é estudar a viabilidade do revestimento de
partículas de carboneto de tungsténio (WC), como etapa alternativa à mistura
convencional de componentes. Para tal, revestiram-se pós de WC com aço
inoxidável 304 (AISI), por uma técnica de deposição física em fase de vapor,
denominada pulverização catódica. O outro objectivo deste trabalho incide na
investigação das potencialidades das ligas de Fe/Cr/Ni como ligantes nos
compósitos à base de WC.
Para estudar a viabilidade da técnica de deposição como alternativa à mistura
de componentes, depositaram-se quantidades variáveis de aço inoxidável
(entre 1 e 10%) nas partículas de pó de WC. Alternativamente, e para efeitos
de comparação, prepararam-se composições similares por mistura
convencional.
Os resultados da caracterização de pós revestidos foram motivadores, uma
vez que indicaram que as partículas de WC possuíam revestimentos
nanocristalinos bastante uniformes e que todos os elementos constituintes do
aço foram depositados nas proporções existentes no alvo. Estes pós
apresentam ainda boa escoabilidade e prensabilidade, uma resistência à
oxidação acrescida e elevada estabilidade em soluções aquosas a pH ácido e
neutro.
A investigação do aço inoxidável como ligante de sinterização mostrou que os
elementos constituintes do aço são eficazes na promoção da densificação dos
compactos à base de WC. Os pós revestidos apresentaram uma
sinterabilidade e reactividade superiores às das misturas convencionais.
Atingiram-se valores superiores de densificação nos pós revestidos, sobretudo
com as perdas de peso controladas através do ciclo térmico ou atmosfera de
sinterização. A cinética de formação de fases, designadamente de M6C, é mais
rápida nestes pós, mas a quantidade formada pode ser reduzida ou mesmo
eliminada, aumentando o teor de níquel no ligante e com pequenas adições de
carbono.
Os resultados da caracterização mecânica de compósitos preparados com os
pós revestidos evidenciaram um bom compromisso entre a tenacidade e
dureza, superior ao observado em amostras preparadas convencionalmente.
Por outro lado, os ligantes à base de aço inoxidável mostraram uma relação de
tenacidade versus dureza superior à existente em dados publicados para
compósitos de Co. A presença de M6C aumentou a dureza dos compósitos,
sem degradar a sua tenacidade, enquanto que o aumento do teor de níquel
reduziu substancialmente a dureza do material.The main objective of this work is to study the feasibility of the tungsten carbide
(WC) particle covering as an alternative to the conventional mixture of
components. For such purpose, WC powders were coated with stainless steel
304 (AISI) by a physical vapour deposition technique, called sputtering. The
other objective of this work is to study the potentiality of Fe/Cr/Ni alloys as
binders in WC based composites.
To study the viability of the deposition technique as an alternative to the
mixture process, different amounts of stainless steel (between 1 and 10 wt.%)
were deposited on WC powder particles. Alternatively, similar compositions
have been prepared by conventional mixture, for comparison. The results of the
characterization of coated powders are very promising, since they indicated
that the WC particles have very uniform nanocrystalline coatings and that all
the elements were deposited in the same proportions of the target. These
powders present good flowability and prensability, an increased oxidation
resistance and high stability in aqueous solutions, at acid and neutral pH
values.
The study of the stainless steel as a sintering binder demonstrated that the
steel constituent elements are efficient in the promotion of densification of the
WC based composites. Coated powders present higher reactivity and
sinterability than conventional mixtures, especially when weight losses are
controlled through the thermal cycle or sintering atmosphere. The kinetic of
phase formation, namely M6C, is faster in these powders, but the amount
formed can be reduced, or eliminated, by increasing the Ni amount in the
binder and by small carbon additions.
The results of the mechanical characterization of composites prepared with
coated powders evidenced a good compromise between hardness and
toughness, higher than the one observed in conventionally prepared
composites. On the other hand, the composites with stainless steel based
binders show superior values of toughness versus hardness than the ones
reported in literature for composites with cobalt. The presence of M6C
increases the composites hardness, without degrading its toughness, while the
increase of Ni substantially reduces the hardness of the material
