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 Caracterização e processamento de pós de carboneto de tungsténio revestidos com aço inoxidável
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/4374

title: Caracterização e processamento de pós de carboneto de tungsténio revestidos com aço inoxidável
authors: Fernandes, Cristina Maria da Silva
advisors: Senos, Ana Maria de Oliveira e Rocha
Ferreira, Victor Miguel Carneiro de Sousa
keywords: Engenharia de materiais - Teses de mestrado
Carboneto de tungsténio
Sinterização
Revestimentos
issue date: 2002
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: O 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, garantindo a homogeneidade química inicial dos elementos da fase ligante. 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 da potencialidade do aço inoxidável como ligante nos compósitos à base de WC. Para estudar a viabilidade da técnica de deposição, como etapa de mistura de componentes, revestiram-se os pós de WC com quantidades variáveis entre 1 e 7% em peso de aço inoxidável. Os resultados da caracterização dos pós revestidos foram motivadores, uma vez que indicaram que todas as partículas de WC estavam homogeneamente revestidas e que todos os elementos constituintes do aço foram depositados nas proporções correctas. Posteriormente, os pós revestidos foram submetidos às etapas de processamento convencional, prensagem e sinterização. Na primeira etapa os pós foram compactados por prensagem unidireccional, com pressões entre 50 e 200 MPa, por forma a encontrar o patamar de compactação que foi de 190 MPa. Na etapa de sinterização, os compactos foram densificados em atmosfera de vácuo, numa gama de temperaturas entre 960ºC e 1425ºC, com patamares de 3 horas. O comportamento dos pós revestidos, face à compactação, revelou não ser necessário qualquer tipo de lubrificante de prensagem, normalmente utilizado nos compósitos à base de WC para alcançar resistências adequadas ao manuseamento. Esta constatação reforça o interesse da utilização de pós revestidos, porque ao excluir a utilização de lubrificante de prensagem, suprime simultaneamente duas etapas do processamento actual de compósitos à base de WC: a moagem necessária à homogeneização do lubrificante e dos outros componentes e a remoção posterior do lubrificante de prensagem. A avaliação da efectividade do aço inoxidável, como ligante de sinterização do WC, demonstrou que a utilização dos elementos constituintes do aço, designadamente o ferro e o níquel, são eficazes na promoção da densificação dos compactos à base de WC. A densificação máxima obtida foi de cerca de 95%, em pós com quantidades de aço de aproximadamente 6% em peso e sinterizados a temperaturas superiores a 1350ºC. Não se obtiveram valores superiores de densidade relativa, porque se detectou uma perda significativa dos elementos constituintes do ligante, com o aumento da temperatura de sinterização. Em relação à reactividade térmica da composição em estudo, as fases iniciais de WC e tipo Fe-, no compacto em verde, reagem a temperaturas inferiores a 960ºC para formar uma fase do tipo M6C. O ião metálico M é essencialmente W e Fe, mas contém também Cr e Ni provenientes do revestimento. Esta fase está presente em percentagens ponderais variáveis (entre 8 e 11%) e dispersa inter e intragranularmente na fase maioritária de WC. Esta investigação inicial, com pós de WC revestidos com aço inoxidável, demonstra que a técnica de pulverização catódica é promissora como etapa de mistura de componentes e que o aço inoxidável é eficaz como ligante de densificação. No entanto, ainda há um percurso aberto para a continuação da exploração deste trabalho, tendo em vista a obtenção de compósitos à base de WC, ligados com aço inoxidável, mais densos, com estequiometria eficazmente controlada e com diminuição do teor de M6C.

The main objective of this work is to study the feasibility of the tungsten carbide (WC) particle covering as an alternative stage to the conventional mixture, ensuring the initial chemical homogeneity of the binder phase elements. 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 the study of the stainless steel itself as a binder in the WC based composites. To study the viability of the deposition technique as a mixture process, depositions were performed over the WC powder, using variable stainless steel amounts in the range of 1-7wt.%. The characterisation results of the coated powders were promissory, as they indicated that all WC particles were homogeneously coated with stainless steel and all the steel constituent elements were deposited in the right proportions. Afterwards the coated powders were submitted to the stages of conventional processing: pressing and sintering. In the first stage, the powders were compacted by unidirectional pressing using pressures between 50 and 200 MPa, to assess the right compacting level that was found to be 190 MPa. In sintering stage, the compact was densified in vacuum atmosphere, in a temperature range 960ºC-1425ºC, with a dwell time of 3 hours. The compact behaviour of the coated powders revealed that it was not necessary any type of pressing lubricant, commonly used in the WC based composites to reach adequate resistance to handling. This observation increases interest of using coated powders, because avoiding pressing lubricant leads to the removal of two stages of the traditional WC based composites processing: namely the milling necessary to homogenise the lubricant and others components and the posterior removal of the pressing lubricant.The study of the stainless steel as WC sintering binder showed that the use of the steel constituent elements, specifically the iron and the nickel, are efficient in the promotion of the densification of the WC based composite. In powders with around 6wt.% of steel, the maximum densification was about 95%, sintered at temperatures higher than 1350ºC. Higher relative densities were not obtained because a significant loss of the constituent elements of the binder phase was detected with the increase of the temperature of sintering. In relation to the thermal reactivity of the composition in study, the initial phases of WC and Fe-a type, in green compact, react below 960ºC to form a phase of M6C type. Metallic ion M is essentially W and Fe, but it also contains Cr and Ni proceeding from the covering. This phase is present in weight percentages variable between 8 and 11%, and is dispersed on the grains of the major WC phase. The results of this initial investigation with WC powders coated with stainless steel, shows that the sputtering technique is promising as a mixture process and that the stainless steel is efficient as a densification binder. However, future studies are necessary in order to obtain WC stainless steel binder based composites more dense, with better controlled stoiquiometry and with lower percentage of M6C.
description: Mestrado em Engenharia de Materiais
URI: http://hdl.handle.net/10773/4374
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