Física de Plasmas e Descargas elétricas;Engenharia de materiais

Apresentação em tema: "Física de Plasmas e Descargas elétricas;Engenharia de materiais"— Transcrição da apresentação:

1 Física de Plasmas e Descargas elétricas;Engenharia de materiais
Estudo da Evolução da Porosidade Residual de Titânio Sinterizado por Plasma Física de Plasmas e Descargas elétricas;Engenharia de materiais Lang, J. R.; Seeber, A.; Egert, P.; Silva, H.R.T. Engenharia Ambiental, Campus da Grande Florianópolis Programa Unisul de Iniciação Científica-PUIC Introdução O titânio, e suas ligas, é um metal com excelentes propriedades combinando resistência mecânica, resistência à corrosão e baixa densidade, sendo empregado principalmente nas indústrias aeroespacial, petroquímica e biomédica. A elevada estabilidade química do titânio puro em meios corrosivos torna–o um dos materiais mais utilizados na indústria química e na fabricação de próteses ortopédicas e implantes dentários, sendo que neste caso, por exemplo, o controle da porosidade interna e rugosidade superficial são muito importantes para uma melhor ósseo-integração. Para que esse controle seja possível, algumas técnicas de metalurgia vêm sendo utilizadas como, por exemplo, a metalurgia do pó. A metalurgia do pó tem se tornado uma tecnologia interessante no processamento do titânio devido ao custo elevado e as limitações das técnicas convencionais, e também por permitir um fácil controle da microestrutura, menor desperdício de matéria prima, maior produtividade em grande escala, e bom controle dimensional. Essa técnica consiste basicamente na compactação e sinterização (consolidação) de uma peça a partir da matéria prima em pó. A sinterização do pó de titânio puro é ainda pouco estudada e praticamente não existem referências relacionando com a técnica em descarga de plasma. Nesse contexto, vários processos de consolidação do pó vêm sendo desenvolvidos a fim de otimizar as propriedades finais do produto tais como a sinterização em forno resistivo, a laser ou plasma, prensagem isostática a quente, entre outros. E entre essas tecnologias, a sinterização por plasma tem se apresentado bastante promissora, já que o uso de uma atmosfera mais reativa permite a redução de óxidos que recobrem a superfície das partículas do pó além de realizar a remoção de ligantes de maneira mais eficiente, quando os componentes processados são moldados por injeção. Sabe-se que o plasma possui uma atmosfera com propriedades mais nobres que num forno convencional e, portanto, pode ser aproveitada com sucesso em diversos tratamentos de materiais Objetivos O objetivo do trabalho é estudar de forma experimental a sinterização do pó de titânio puro em um reator de plasma em escala laboratorial com a finalidade de avaliar a viabilidade técnica dessa tecnologia no processamento do titânio, abordando os efeitos dos parâmetros do plasma aplicado ao processo e a evolução da porosidade residual de elementos de titânio puro, através de técnicas de análise de imagens. Metodologia O processo de sinterização de pó de titânio é alcançado utilizando um reator de plasma dc. Amostra Fotografia do reator de plasma Fotografias do Plasma As amostras foram confeccionadas a partir da compactação do pó de titânio em uma prensa, sendo que para a compactação foram utilizadas duas pressões, 300 MPa e 600 MPa. As amostras foram tratadas individualmente nos ensaios que se realizaram no reator de plasma com diferentes tempos, 05, 20, 40 e 60 min e temperaturas, 1150ºC e 1250ºC. As análises foram feitas através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica (MO). As imagens óticas foram adquiridas utilizando-se uma ampliação de 200x, em escala de cinza, com resolução de 2088x1550 pixels. Para cada amostra será adquirido um número de imagens tal que a soma total dos poros seja superior a 3000. A análise das imagens foi realizada através do software IMAGO da ESS. Este software permite a quantificação e análise estatística da porosidade e tamanho de grão, a partir das micrografias óticas e eletrônicas obtidas das amostras. Resultados As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) da superfície no topo das amostras sinterizadas demonstram claramente uma diferença de densificação pelo tipo de polarização do eletrodo. Percebe-se na amostra tratada como catodo uma densificação superficial muito superior do que na amostra processada como anodo, devido ao bombardeamento dos íons e nêutrons rápidos do plasma . Pó de titânio Amostra compactada Amostra sinterizada como anodo Amostra sinterizada como catodo Os ensaios realizados revelam a viabilidade técnica da sinterização de pó titânio usando a tecnologia do plasma. As avaliações por microscopia eletrônica de varredura (MEV) realizadas nas amostras indicam a ocorrência da sinterização de pó de titânio. Abaixo seguem micrografias mostrando o resultado de amostras sinterizadas a 1150C por 1h e compactada a 300 MPa e 600 MPa. (a) 300 MPa (b) 600 MPa A porosidade superficial é fechada formando uma região contínua ao longo desta superfície. As micrografias abaixo correspondem a uma amostra sinterizada a 1150C por 1h e compactada a 600 MPa com vibração da matriz. (a) a região central da amostra (b) a superfície (a direita) (c) a superfície Conclusões Na sinterização do titânio, se obteve uma densificação quase completa na superfície da amostra demonstrando o efeito do bombardeamento das espécies do plasma sobre os mecanismos de sinterização em uma camada de cerca de 30 μm na superfície. Já o interior das amostras que apresentava uma porosidade elevada na primeira pesquisa, teve o problema resolvido com uma vibração na matriz no momento da compactação, o que ajudou em um melhor preenchimento da amostra, deixando as partículas mais densas evitando assim uma porosidade elevada e também facilitou na compactação já que o material é de difícil compactabilidade, porque é necessário um carregamento elevado para alcançar uma densificação expressiva. O estudo da morfologia dos poros indicaram que aplicações do diâmetro médio dos poros bem como dos valores de fator de forma e fator de achatamento mostraram-se apropriados para caracterizar a porosidade e a dimensão individual e a morfologia dos poros. Concluímos também que a sinterização do pó de titânio puro é viável através da técnica de plasma em descarga luminescente anormal desde que se atendam as condições de um ambiente com pureza elevada através do excelente isolamento da câmara do reator contra vazamentos de elementos altamente reativos com o titânio, principalmente o nitrogênio e oxigênio, além do controle sobre a estabilidade elétrica da descarga em altas temperaturas. Bibliografia Canale, I.C. F.; Santos, H. M.. O estudo dos fenômenos básicos metalúrgicos na especialidade de cirurgia ortopédica. In: Seminário sobre Ensino de Metalurgia e Materiais, São Paulo, ABM, p   Rosa, A.L.; Shareef, M.Y.; van Noort, R.; Efeito das Condições de Preparação e Sinterização sobre a Porosidade da Hidroapatita. Pesqui. Odontol. Bras., v.14, n.3, jul/set 2000, p   BENTO, Carlos A. S. Estudo da Interface Ti 6Al 4V/ TiO2 por Microscopia Eletrônica de Varredura. Dissertação de Mestrado em Eng. Mecânica, USP, São Carlos, 2000.  PAVANATI, H. C. Sinterização de Ferro Puro com Enriquecimento Superficial Simultâneo de Cromo em Descarga Elétrica em Regime Anormal. Tese de Doutorado - PGMAT, UFSC, Florianópolis, 2005. Apoio Financeiro: Unisul e UFSC (Instituição Parceira)