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ipen AUTARQUIA ASSOCIADA À UNIVERSIDADE
DE SÃO PAULO
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE PARTÍCULAS E REOLÓGICA
DE UM SISTEMA HETEROGÊNEO UTILIZADO EM
MOLDAGEM DE PÓS POR INJEÇÃO A BAIXA PRESSÃO
JOÃO VICENTE ZAMPIERON
Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do Grau de Doutor em Ciências na Área de Tecnologia Nuclear-Materiais.
Orientador: Dr. Francisco Ambrozio Filho
São Paulo 2001
INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES Autarquia associada à Univers idade de São Paulo
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE PARTÍCULAS E REOLÓGICA DE UM SISTEMA HETEROGÊNEO UTILIZADO EM
MOLDAGEM DE PÓS POR INJEÇÃO A BAIXA PRESSÃO
JOÃO VICENTE ZAMP1ERON
Tese apresentada como parte dos requis i tos para obtenção do grau de Doutor em Ciências na Área de Tecnologia Nuclear -Mater ia i s
Orientador : Dr Francisco Ambrozio Fi lho
SÃO PAULO
2001
,ÜMIS*A0 rwAW,1VUi U t h t K U » * N U C U A H / S f m-C*
1
"O verdadeiro desafio, não é vencer barreiras científicas e tecnológicas,
mas sim, a resistência ao trabalho em grupo, gerado pelo ego e pela
vaidade do ser humano
J. V. Zampieron
ii
A Sonia, Ian e Alan,
DEDICO
oM.S^AÜ UmL.GN; t L t t U L I t O i A N Ü C L Í . A H / Ü P l l - i *
iii
AGRADECIMENTOS
Ao Dr. Francisco Ambrozio Fi lho, pela conf iança , so l ic i tude , e amizade ,
sempre demonst rados .
Aos in tegrantes do Laboratór io de Meta lurgia do Pó do IPEN: Edval ,
Frankl in , Henr ique , Edmara , Fernando Cambiucc i , Rodr igo, Alan, Aroldo ,
pela amizade.
Ao Sr. Roni ldo Menezes pelos conselhos , e ao Sidnei J. Buso, pelo
incent ivo nos tempos d i f íce is .
Aos in tegrantes do Laboratór io de Meta lurgia do Pó do IPT: Dr. Daniel
Rodrigues , Dr. Fernando Landgraf , Cida, Israel e Emil ia , pela cord ia l idade
com que sempre me receberam, e val iosa a juda .
Aos integrantes do Centro de Processamento de Pós-CPP-IPEN: Car los A.
Beraldo, Pedro Pinto Frei tas , Oswaldo A. Araújo (Cardoso) , Renê R. de
Oliveira , Marcelo A. de Oliveira , Edson de Jesus e Edi lson de Jesus, pela
a tenção e d isponibi l idade.
Ao Dr. Jesualdo Luis Rossi , por todas as sugestões e co laborações técn icas
indispensáveis e, acima de tudo, pelo prof i ss iona l i smo e caráter .
Ao prof. Dr. Alois io Nelmo Klein, prof. Dr. Paulo Wendhausen , Luis
Maur íc io M. Resende, do Laboratór io de Mater ia is da Univers idade Federal
de Santa Catar ina, pela forma cordial com a qual sempre fui recebido.
iv
Ao prof. Dr. Lírio Schaef fe r , Dr. Rodinei Medeiros Gomes, Dra. Cr is t ine
Machado Schwanke, Eduardo Cris t iano Milke, André Ricardo Mi lke e
Marcelo Rei , do Laboratór io de Transformação Meta lúrgica da Univers idade
Federal do Rio Grande do Sul, pela a juda inest imável e amizade.
Ao prof. Dr. Carlos Arthur Ferreira e a Márcia do Labora tór io de Mater ia is
Pol ímeros da Univers idade Federal do Rio Grande do Sul, pela a tenção.
Ao prof. Dr. Amadeu Logarezzi da Univers idade Federal de São Car los ,
pelas sugestões e colaboração no início deste t rabalho.
A todos do Labora tór io de Cerâmica do IPEN, pela colaboração nas anál ises
té rmicas , e de par t ículas .
À Dra. Natal ia Scherbakoff pelas anál ises térmicas rea l izadas nos
laboratór ios da Rhodia.
Ao Hidetoshi (Hidê) do Labora tór io de Mater ia is Magnét icos do IPEN, pela
a juda nos fornos de s inter ização.
À Sarita Montagna do Laboratór io de Microscopia da COPESP-Mar inha ,
pelas anál ises microscópicas , e ao Odaír D. Rigo, pelas d iscussões técnicas
e apoio.
À toda equipe do Labora tór io de Carac ter ização Tecnológica da Engenhar ia
de Minas da Pol i -USP, pela cordia l idade com que sempre fui recebido.
À secretár ia do Centro de Tecnologia de Mater ia i s , Marlene de Fát ima P.
Marcel ino , pela sol ic i tude e a tenção durante todos esses anos.
;OMlSSAC KACíCNtL U i EfcfcKGIA NUCLfcAN/SP
Às secretár ias da pós-graduação: Vera L. M. Garcia, El iana L.G. dos
Santos, Ilze Puglia e Ana M.C. P. Benassi , por toda a a tenção e gent i lezas
pres tadas .
Ao Sr. Fernando J. F. Morei ra , chefe da Divisão de Ens ino , pelo apoio e
pela presença constante f rente aos órgãos f inanc iadores .
Aos amigos: Paulo H. Garzon, Dannylo A. Almeida, Marcos Aurél io M.
Moura , Marcos Banik de Pádua, Vandré D. Veni te l l i , André L. S. Masson,
Cornél io H. Suuchi, Tiago e Luis, por todos esses anos de amizade e
incentivo.
Ao CNPq, pelo auxí l io f inancei ro .
OBRIGADO A TODOS
VI
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE PARTÍCULAS E REOLÓGICAS DE UM SISTEMA
HETEROGÊNEO UTILIZADO EM MOLDAGEM POR INJEÇÃO A BAIXA PRESSÃO
João Vicente Zampieron
RESUMO
O processo de moldagem de pós por in jeção é uma tecnologia recente , que oferece como vantagens a alta produção de peças de geometr ia complexa com baixo custo, dispensando operações secundárias de usinagem. A presente tese centrou-se na injeção em baixa pressão de massas const i tu ídas de pós metál icos grosseiros. Tal processo inicia-se com a composição da massa, que é a combinação de pós de metal com l igantes orgânicos , obedecendo os seguintes passos: injeção em moldes, ret irada dos l igantes, s inter ização e, se necessário, operação de limpeza. Para a formulação da massa injetável é imprescindível a caracter ização dos pós, o que é pouco di fundido na l i teratura e traz muita controvérsia entre autores. Neste t rabalho foi util izado num primeiro momento um conjunto de caracter izações para pós f inos ( tamanho máximo de part ículas abaixo de 25 ^m) de aço inoxidável AISI 316 L. Poster iormente, fez-se a caracter ização reológica das massas const i tuídas desses pós, em equipamentos d i ferentes , a fim de se encontrar o mais adequado para o processo de moldagem de pós por in jeção a baixa pressão. No processo, a massa tem que apresentar um compor tamento de baixa viscosidade e, como pode ser observado, nem todos os reômetros são sensíveis para detecção de viscosidade muito baixa. Os resul tados da caracter ização f ís ica foram correlacionados entre si e com a caracter ização reológica, com o propósito de encontrar concordância entre seus valores. Finalmente, buscou-se a possibi l idade de injeção de massas const i tu ídas de pós metál icos grosseiros, atomizados a gás e a água; o que apresenta como principal vantagem, a redução de custos para o processo. Segundo a l i teratura, somente pós infer iores a 25 fim são possíveis de serem inje tados . Contudo, part indo-se do conjunto de caracter ização f í s ica de par t ículas e reológica de massas, pode-se chegar a formulação de uma massa adequada para pós grosseiros, caracterizados por part ículas infer iores a 45 jim. Salienta-se que houve necessidade de alterar muito a massa, ou seja , t rabalhar com muita cera, o que levou a uma condição pouco estável . Contudo ver i f icou-se que massas const i tuídas de pós metál icos a tomizados a gás são injetáveis , embora resultem em peças com um alto nível de porosidade, enquanto que pós atomizados a água não apresentaram condições de trabalho, sendo portanto, descartados.
••OMISSÃO NAC.CN/-1 Lit thtKUlA N li CL t AH / SP
vii
PHYSICAL CHARACTERISATION OF PARTICLES AND RHEOLOGICAL OF A
HETEROGENEOUS SYSTEM USED IN LOW-PRESSURE INJECTION MOULDING
João Vicente Zampieron
Abstract
The powder inject ion moulding process is a recent technology, which of fe r s as advantages a high production of complex geometry metal parts , with low cost, where secondary operat ions of machinery are unnecessary. The main of this thesis was centered on a coarse powders feedstock inject ion. The process begins with the composition of the mass, that is the combination of metal powders with organic binders. The fol lowing steps succeed inject ion in moulds, debinding, sintering and, if necessary, cleaning. For the formulat ion of the feedstock it is indispensable the character isat ion of the powders. This is l i t t le mentioned in the open l i terature and brings up controversy among authors. At f i rs t , a series of powders character isa t ions of AISI 316 L stainless steel (below 25 jam) was adopted. The next step was to character ise the rheological behaviour of the feedstock using d i f ferent rheological apparatus, so as to f ind the most appropriate equipment to the low-pressure powder inject ion molding process. The mass has to present a favourable rheological behaviour , which is low viscosity. The resul ts of the physical character isat ion were correlated among themselves and with the rheological characterisat ion. This was undertaken with the purpose of f inding agreement among their values. Finally, the possibili ty of inject ion of water and gas a tomised stainless steel coarse powders feedstock was studied. This presents as main advantage, the reduction of costs for the process. According to the l i terature, only powders with size below 25 pm are possible to be in jected. Hence, starting from the physical character isat ion of par t ic les and rheological character isat ion of the feedstock, the formulat ion of an appropriate mass was found for the coarse powders. These coarse powders were character ised by part icles below 45 fim. In this case it was necessary to alter drast ical ly the feedstock composit ion, using high amounts of wax, which lead to unstable rheological condit ions. But, it was ver i f ied that feedstock const i tuted of coarse metall ic powders which were gas atomised, are injectable , although, these powders resulted in samples with a high porosity level, while, coarse water atomised powders did not present work condit ions, being therefore , discarded.
viii
SUMÁRIO
Página
DEDICATÓRIA 1
AGRADECIMENTOS iii
RESUMO vi
ABSTRACT vii
1 - INTRODUÇÃO 1
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 7
2.1 Histórico 7
2.2 Moldagem de pós por injeção 8
2.3 Obtenção dos pós metálicos 12
2.4 Aço inoxidável AISI 3I6L 14
2.5 Caracterização fisica de partículas 15
2.6 Ligantes 21
2.7 Composição da carga 23
2.8 Formulação de carga para MPI 24
2.9 Densidade de carga para injeção 25
2.10 Caracterização reológica 28
2.11 Injeção 35
2.12 Retirada do ligante 37
2.13 Sinterização 39
3 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 43
3.1 Metodologia apl icada 43
3.2 Mater ia is ut i l izados 45
3.3 Equipamentos 46
3.4 Métodos de anál ise 48
.OWSSAG KAÚCNK Gt ÉfctKGiA ttüCLfc »\i"< / SF iftfc
3.5 Injeção de peças 58
3.6 Retirada de ligantes 60
3.7 Sinterização 61
4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO 62
Parte A . Sistemas heterogêneos pós finosfinferior a 25}j,m) 62
4.1 Caracterização física de pós metálicos e correlações 62
4.2 Caracterização de ligantes 70
4.3 Caracterização reológica de massas 73
4.4 Estudo reológico de um sistema considerado injetável 88
4.5 Injeção de peças 90
Parte fí. Sistemas heterogêneos — pós grosseiros(inferior a 45jum)—95
4.6 Caracterização física das partículas 95
4.7 Caracterização reológica das massas constituídas de pós metálicos
atomizados a água e a gás 101
4.8 Sinterização e propriedades mecânicas 104
4.9 Considerações finais 105
5 - CONCLUSÕES 106
5.1 Quanto às caracterizações físicas de partículas 106
5.2 Quanto à caracterização reológica das massas 107
5.3 Quanto ao sistema heterogêneo - pós finos 109
5.4 Quanto ao sitema heterogêneo - pós grosseiros 111
6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIAS 113
7 - Sugestões para futuros trabalhos 125
1
1. INTRODUÇÃO
A moldagem de pós por in jeção (MPI) é um processo de
conformação , que envolve uma mistura de pós com l igantes cons t i tu in tes
orgânicos , in jeção , re t i rada do l igante e s inter ização. A grande vantagem
deste processo é que proporciona aos mater ia is metá l icos , cerâmicos ou
compósi tos , a mesma versat i l idade, no que se refere à confo rmação
observada nos mater ia is te rmoplás t icos produzidos por in jeção . O
principal aspecto é poss ibi l i tar a fabr icação de peças com fo rmatos
complexos , valendo-se da alta produt iv idade e elevado grau de
automação ver i f icados nos processos de in jeção (JONHSON, 1997; M &
M, 1997, COHRT, 1999).
A moldagem de pós por in jeção permite produção em série de
peças de alta precisão e complexidade de forma, abr indo um novo
hor izonte de soluções de engenhar ia e pro je tos , poss ib i l i tando obtenção
de peças complexas, até então inviáveis pelos processos d isponíve is ,
incluindo a compactação e a s inter ização. Outro aspecto impor tante é o
acabamento super f ic ia l , que pode dispensar a usinagem poster ior
(Op.ci t ) .
Uma outra vantagem confer ida por esta técn ica , vem a ser a
fabr icação de peças que apresentam, devido a alta taxa de produção , uma
minimização de custos. Porém, nessas peças de geometr ia complexa , os
problemas relat ivos às d imensões tais como: empenamento , cont rações ,
var iações em determinadas secções sejam t ransversais ou longi tudina is ,
ainda não foram tota lmente resolvidos (MARTYN, 1999; MANGELS,
1994).
:OMiSS£C lUC-GNM I ' f t totKGIA N U i / i t A M / S F
2
Segundo JOHNSON (1997), na América do Nor te es t ima-se a
exis tência de um mercado de 100 milhões de dólares , e por vol ta de 40
empresas produzindo peças u t i l izando o processo MPI. É impor tan te
ressa l tar ainda, que tal processo, tem como pr incipais áreas de ap l icação ,
as industr ias de computadores e impressoras , indust r ias au tomobi l í s t i cas
e aeronáut icas , máquinas regis t radoras e copiadoras , máquinas têx te i s ,
indúst r ias de armas leves, indústr ias e le t rônicas , de e le t rodomés t icos e
de comunicações , disposi t ivos médicos , odonto lógicos e ópt icos , e
ins t rumentação de modo geral (GERMAN, 1990).
O processamento por MPI envolve, além da mis tura do pó com o
l igante pol imér ico , e in jeção , outras etapas que se compõem de re t i rada
de l igante, que pode ser térmica e/ou química , e s in te r ização .Tal
processo ut i l iza os mesmos equipamentos usados pela indústr ia de
t rans formação de plást icos.
No processo de moldagem existem duas poss ib i l idades de
produção de peças: uma à alta pressão, j á bas tante explorada e
conhecida , e outra à baixa pressão, ainda pouco divulgada. Até o
momento a l i tera tura tem se concentrado na moldagem de pós metá l icos
por in jeção a alta pressão, enquanto a baixa tem sido explorada com pós
cerâmicos .
As formulações de cargas e teorias de moldagem de pós metá l icos ,
são vol tadas para a alta pressão. No entanto, o processo a baixa pressão
apresenta perspect ivas muito posi t ivas no tocante a produção de peças
metál icas , o que requer um conhecimento mais p ro fundo das
carac ter í s t icas f í s icas do pó e reológicas da massa, para que se possa
produzir massas metál icas in je táveis .
3
Tais massas se caracter izam pela baixa v iscos idade, onde poucos
reômetros apresentam sensibi l idade para sua detecção. Por tan to , vale
sal ientar , que esta é uma questão que se coloca de forma inexplorada
pela l i teratura .
Alguns autores , como MARTYN (1999) , e MANGELS (1994) ,
mostraram que há mais benef íc ios no processo de in jeção a baixa
pressão, do que na alta, tais como a diminuição de vazios , a redução de
empenamentos e de t r incas , após ret i rada de l igantes , e durante a
s inter ização. Tais fenômenos , observados a alta pressão, são decorrentes
de tensões induzidas durante a in jeção da massa na matr iz . O grande
desaf io por tanto, está no desenvolv imento do processo de baixa pressão ,
pois, o custo das matr izes , a manutenção e a s impl ic idade operac ional do
equipamento em relação à alta pressão, são compensadores .
A carac ter ização prévia, torna-se de fundamenta l impor tânc ia , pois
vai def in i r o sucesso no processo f ina l , pr inc ipa lmente no tocante á
formulação da carga inje tável . Neste sentido, o propósi to deste t raba lho ,
foi produzir peças de aço inoxidável AISI 316 L, u t i l izando-se pós f inos ,
a tomizados a gás, e grossei ros , a tomizados a água e a gás. Este es tudo
pre tende contr ibuir para produção de pós de alta tecnologia que deverão
ser preparados por centros de pesquisas e indústr ias .
Quando se ut i l iza o processo a alta pressão, procede-se a uma
prévia mistura fora da inje tora , para uma poster ior in jeção , visto que
para este processo, o equipamento não permite que a massa seja
preparada em seu inter ior , o que se caracter iza em desvantagem em
relação a baixa pressão. Neste sentido, o t rabalho pre tendeu encontrar
vínculos que es tabeleçam conexões entre todas as carac ter izações f í s icas
dos pós metál icos ut i l izados, e a carac ter ização reológica da massa , de
forma a ot imizar um sistema de l igantes , permi t indo a produção de peças
4
de aço inoxidável , u t i l izando o processo de moldagem de pós por
in jeção , à baixa pressão.
Para o processo de baixa pressão, uma vez a t ingidas as
propr iedades ideais de mistura, são regulados os parâmetros de in jeção ,
isto é, tempera tura , tempo e pressão de injeção; e assim a moldagem é
e fe tuada , sendo que a peça obt ida, é denominada de corpo a verde. Este
t rabalho pretende contr ibuir na consol idação do conhec imento dos
mater ia is u t i l izados neste processo. As cor re lações entre os parâmet ros
f í s icos , e entre esses e os reológicos foram cons ideradas , a f im de
contr ibui r para os possíveis a jus tes nas var iáveis do processo.
Os obje t ivos da presente tese se pautaram nos seguintes aspectos:
1. Propor um conjunto de procedimentos para carac te r izações f í s icas de
pós metál icos . O ponto de part ida foi a busca do agente d ispersante
para a anál ise da dis t r ibuição do tamanho de par t ícula - um dos i tens
de caráter inédito no corpo da tese , visto que não há menção em
l i teratura .
Neste item, também se propôs, a corre lação entre a área de super f í c ie
espec í f i ca , tamanho médio de par t ícula , teor de umidade, morfo log ia
das par t ículas e dens idades solta, bat ida, h idros tá t icas e p icnomét r ica ;
a fim de es tabelecer conexões entre estas, con t r ibu indo na
normat ização para a metodologia de carac ter ização de pós metál icos .
2. Estudar o compor tamento reológico de s is temas he terogêneos ,
cons t i tu ídos de pós de aço inoxidável AISI 316 L, e um con jun to de
l igantes (pol ie t i leno de baixa densidade, cera de carnaúba , cera
microcr is ta l ina e para f ina) de composição es tabe lec ida , a t ravés do
modelo de carga crí t ica.
5
Uti l izou-se três d i ferentes reômetros para ve r i f i ca r aquele que
apresenta melhor resposta para as massas ut i l izadas no processo de
baixa pressão.Tal procedimento , teve como obje t ivo de te rminar a
melhor formulação para ser ut i l izada no processo de MPI, à ba ixa
pressão.
3. Produzir massas const i tu ídas de pós metál icos grosseiros a tomizados
a água e a gás ( tamanho de par t ículas super ior a 20 jum), de
formulações in je táveis no processo MPI à baixa pressão. Para a t ingir
o próposi to , ut i l izou-se como fe r ramentas , os conhec imentos obt idos
através das carac ter izações f í s icas de par t ículas apresentadas no i tem
1, e do estudo do compor tamento reológico de massas cons t i tu ídas do
mesmo sis tema de l igantes , apresentadas no item 2.
A l i te ra tura tem f r i sado que somente pós com carac te r í s t icas f inas
( tamanho de par t ículas infer ior de 20 jim) são possíveis de serem
inje tadas . Este é outro aspecto inédi to da presente tese, no tocante ao
processo de moldagem por in jeção de pós metál icos a baixa pressão.
Para at ingir tais obje t ivos , o presente t rabalho foi rea l izado em dua
etapas. Num primeiro momento foi ut i l izado pós metá l icos cons t i tu ídos
de tamanho de par t ículas infer ior de 20 ^im em concordância com a
l i teratura . Após def in i r parâmetros de carac ter ização f í s ica de par t ícu las ,
ta is como: d is t r ibu ição de tamanho de par t ícula , área de super f íc ie
espec í f i ca , geometr ia , e tc , as massas para in jeção foram preparadas e
carac ter izadas do ponto de vista ro lógico, com o intui to de es tabelecer o
equipamento mais adequado e respect ivas fa ixas de v iscos idades e taxas
de c isa lhamento para o sis tema heterogêneo adotado (pó metá l ico mais
l igantes) .
Somente após a primeira etapa, buscou-se a u t i l ização de pós
metál icos grosseiros , carac ter izados por par t ículas abaixo de 45 jxm,
6
atomizadas a gás e a água. A etapa inic ia l , foi tomada como re fe renc ia l
tanto no que diz respei to a carac ter ização f ís ica de par t ículas , como a
reológica das massas na busca de condiçoes de in je tab i l idade para o
s is tema consi t i tu ido de pós metál icos grosseiros .
7
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2. 1 Histórico
Em 1920, teve início a técnica de moldagem de in jeção de pós
cerâmicos , na fabr icação de velas de ignição, vindo pos te r iormente a ser
subst i tu ído, pela prensagem isostát ica (SCHWARTZWALDER, 1994).
Em 1950, a União Soviét ica aplicou o processo comerc ia lmente ,
para obtenção de peças cerâmicas , e somente após 1960, o in teresse por
este processo se consol idou devido, pr inc ipa lmente , ao desenvolv imento
de rotores de turbinas automotivas , de fabr icação inviável por qua lquer
outro processo.
Em meados da década de 70, a técnica começou a ser u t i l izada
com obje t ivos de obtenção de formas pequenas e complexas para
mater ia is metál icos .
O diagrama de Venn, i lus t rado na Figura 1, apresenta um
esquema de seleção para apl icação do processo de in jeção. As três
cons iderações básicas , são expressas por círculos. A in te rcecção dos três
c í rculos , é a área mais atrat iva para a apl icação do processo de
moldagem de pós por in jeção (EDIRISINGHE, 1986; GERMAN, 1990;
MANGELS, 1994).
8
Figura 1 - Diagrama de Venn ilustrando a melhor aplicação do
processo de moldagem por injeção (GERMAN, 1990).
2. 2 Moldagem de pós por injeção (MPI)
A metalurgia do pó está avançando em todos os se tores e entre eles
está a moldagem de pós por in jeção (MPI). Tal técnica permite obter
peças de geometr ia complexa em grande quant idade a custo compet i t ivo .
A tabela 1 mostra de forma comparat iva as vantagens econômicas e
as propr iedades de mater ia is obt idos via MPI e por outros processos .
Segundo os dados, a redução do custo final pode ser s igni f ica t iva (M &
M, 1997).
9
Tabela 1- Quadro comparat ivo de processos de confo rmação
(M & M, 1997).
Caracter ís t icas Usinagem MPI Fund.de
Prec isão
Metal , do Pó
convenc iona l
Dens idade (%) 100 98 100 85
Alongamento alto alto médio Baixo
Resist . Tração al ta alta al ta Baixa
Dureza alta al ta alta Baixa
Complexidade
de forma
média alta média Baixa
Acab. Da
super f íc ie
alto al to médio Baixo
Custo alto baixo médio Baixo
Volume de
produção
baixo al to médio Alto
A principal vantagem da MPI está na capac idade do processo
produzir componentes acabados com a forma def in i t iva ("net shape") sem
necess i tar de operações secundárias extensivas , que elevam o custo do
produto. O processo de in jeção, como já foi escr i to , é s imilar àqueles
usados para moldagem de pol ímeros. Consis te em pós metá l icos ou
cerâmicos combinados com l igantes orgânicos e in je tados em moldes
com formas pré def inidas . Passos subsequentes envolvem remoção des tes
l igantes , que é uma etapa cr í t ica do processo, e pode ser de via química
ou té rmica , seguida por s in ter ização (HOLME, 1993, HENS & LEE,
1989).
10
O processo pode ser dividido em alta pressão (pressões usuais em
torno de 60 MPa) e baixa pressão ( até 0,7 Mpa) (MANGELS, 1994;
MARTYN, 1999). Para ambos os casos, são dese jáve is pós metá l icos
f inos const i tu ído por par t ículas de geometr ia es fér ica , in fer iores a 20
pm. Isto, para que haja um melhor compromisso quanto a molhabi l idade
dos pós pelo l igante , e homogeneidade do mater ial .
A mistura é aquecida até formar uma massa pas tosa , que é in je tada
sob pressão num molde fechado. A pressão na cavidade produz uma
dis t r ibuição de densidade homogênea na moldagem, que pode ser ret ida
durante a s inter ização, se o processo for cuidadosamente controlado.
Quanto aos l igantes , pode-se notar que exis te uma grande
var iedade sendo ut i l izada. A escolha do l igante deve levar em conta as
carac ter í s t icas dos pós, as propr iedades reológicas da mistura e7
pr inc ipa lmente , o método que será empregado na sua ext ração, a qual
representa uma parte cr í t ica do processo.
Em geral , a l i teratura não cita dados re la t ivos à l igantes e as
poss ib i l idades de misturas entre estes, e entre estes e os pós metá l icos ,
u t i l izados no processo a baixa pressão. As formulações , são em geral ,
fe i tas para o processo de alta pressão. Assim, no presente t raba lho , este
se torna um item a ser t ra tado do ponto de vista reológico (GERMAN,
1990; ZAMPIERON et al. , 1999a; 1999b).
A in jeção de pós metál icos é adequada para peças pequenas (até
20 mm) com formas complexas, com tolerâncias d imensionais da ordem
de 0,3 % da dimensão nominal da peça, embora alguns autores tenham
repor tado peças com dimensões maiores. Com um processamento mais
prec iso , é possível obter peças com 0,1 % da to lerância d imensional
(JOHNSON, 1992; GONÇALVES & PURQUÉRIO, 1996).
TWLSSAO NTCICKFIT C>£ F.NERGIA N U C L E A H / S P »HTÍ
11
Os pós para moldagem por in jeção devem apresentar carac te r í s t icas
muito espec í f icas , ou seja , devem ser f inos , e o tamanho máximo de
par t ículas deve ser infer ior a 20 um, ar redondados e com d is t r ibu ição
b imodal , segundo pesquisadores como GERMAN & BOSE (1997).
Os pós obt idos através de a tomização a gás são de maior in teresse
por sa t i s fazerem os requis i tos de dimensões e geometr ia , como exposto
anter iormente , mas segundo a l i tera tura , a a tomização a água, vem
despontando como técnica a l tamente viável na produção de pós de baixo
custo, embora não haja consenso quanto a este fa to ( JOHNSON, 1992;
NYLUND et al . , 1995; SAVAGE & GRINDER, 1992; SCHLIEPER et al . ,
1992).
A MPI pode ocupar hoje , um espaço na indúst r ia , onde podem ser
combinados lotes médios de produção, ou lotes grandes com peças de
complexidade mui to elevada. As rotas inic ia is de entrada da MPI são os
mercados de peças mic rofund idas , e pequenos componentes da moldagem
de pós convencional , com operações secundár ias como as de usinagem.
Até o momento não há menção na l i tera tura , com t raba lhos com
pós de granulometr ia acima de 20 jum, e este será aspecto central a ser
t ra tado neste t rabalho, pois proje ta perspect ivas no sent ido de redução de
custos, que é uma das preocupações das indústr ias l igadas a este assunto .
Uma var iedade muito grande de l igantes , que podem ser
considerados como sendo misturas de const i tu in tes orgânicos de
d i fe ren tes pesos moleculares , tem sido ut i l izada. A escolha do l igante
adequado deve levar em consideração as carac ter í s t icas f í s icas e
químicas do pó metá l ico , as propr iedades reológicas da mis tura (pó
metá l ico mais l igante) , e pr incipalmente o método que será empregado na
12
etapa de ret i rada do l igante , ou seja, térmica ou te rmo-química (CHUNG
et al. 1990; CAO et al. 1991).
A homogeneização da mistura é determinante para a obtenção de
peças sem defei tos . Segundo RAMAN et al, (1993) , vár ios mis turadores
podem ser ut i l izados tais como; mis turadores do t ipo Z, p lane tá r io ,
ext rusoras de rosca simples ou dupla. Caso não haja uma d is t r ibu ição
homogênea de l igantes na massa, a peça in je tada vai apresentar
empenamento durante a s in ter ização (ERICKSON & AMAYA, 1993)
Os ciclos de s inter ização ut i l izados em MPI são semelhantes aos
empregados na metalurgia do pó convencional . São normalmente
u t i l izadas temperaturas um pouco mais e levadas, v isando uma maior
dens i f icação . Valores de densidade da ordem de 98% da dens idade
teór ica são obt idos f reqüentemente (HENS & LEE, 1989; CAI &
GERMAN 1995; GERMAN, 1990).
2.3 Obtenção dos pós metál icos
Os métodos que podem ser ut i l izados na produção de pós f inos ,
são: a moagem, métodos químicos e a tomização (GERMAN, 1994;
NYLUND et al. , 1995).
Apesar de poss ibi l i tar a obtenção de pós ex t remamente f inos , a
moagem não se adequa às necess idades da MPI, já que os pós moídos
são gera lmente de morfologia i r regular , possuindo também um elevado
nível de contaminação superf ic ia l . A questão da l impeza super f ic ia l é
fundamenta l , para uma s inter ização adequada.
13
Os métodos químicos (precipi tação química e decomposição a
part i r de um gás), mostram-se como al tenat ivas for tes , para a produção
de pós para MPI. Tal técnica , permite a obtenção de pós ex t remamente
f inos , puros e a r redondados , requis i tos estes , impor tantes para o
processo de moldagem de pós por in jeção ( J A P K A J 9 9 1 ) .
A a tomização de pós metál icos apresentam bás icamente duas rotas ,
ou se ja , a tomização a água e a tomização a gás inerte. A a tomização a
água, em pressões e levadas (até 1000 kg/cm2) , é uma técnica que se
mostra posi t iva no mercado para a produção de pós para MPI, visto que o
seu custo é infer ior aos dos pós a tomizados a gás. A grande vantagem,
confer ida aos pós a tomização a gás, vem a ser a produção de pós com
carac ter í s t icas de tamanho de par t ículas f inas , e de mor fo log ia es fé r icas
(HARTWIG et al. , 1998; BIANCAN1ELLO et al, 1990; GERMAN, 1990).
As técnicas de produçãode pós metá l icos e respec t ivas
carac ter í s t icas podem ser visto na tabela 2. (GERMAN, 1990).
Tabela 2 - Técnicas de produção de pós metá l icos(GERMAN, 1990)
Técnica Tamanho médio
de partícula(iam)
Morfo log ia Custo
Atom, a gás 20 - 4 0 es fér ico al to
Atom, a água 10 - 40 ar redondado moderado
Atom. 25 - 4 0 es fér ico alto
cen t r í fuga
Carboni la 1 - 10 es fér ico moderado
redução de 1 - 10 pol igonal moderado
óxido
Prec ip i tação 0,01 - 3 pol igonal ba ixo
Moagem 0,1 - 40 irregular moderado
14
2.4 Aço inoxidável AISI 316 L
O que motivou a ut i l ização do aço inoxidável , como mater ia l de
t rabalho, foi o fa to de possuírem grande apl icação em ambien tes
agressivos. Dentre eles, os aços inoxidáveis aus tení t icos são, a tua lmente ,
os mater ia is de maior consumo para uma série de apl icações , em
ambientes corrosivos, quer à al tas tempera turas , ou à tempera tura
ambiente . Além disso, os aços austení t icos são fáce is de t raba lhar ,
per tencendo a um grupo importante de aços de construção.
A duct i l idade e maleabi l idade dos aços inoxidáveis aus ten í t icos ,
também é considerável , e permite conseguir qualquer manipu lação a f r io ,
com um elevado grau de deformação (HONEYCOMBE, 1985).
A capac idade de encruamento dos aços inoxidáveis aus ten í t icos é
muito mais acentuada, que nos demais t ipos, o que requer fe r ramentas de
rendimento par t icu larmente elevado, para es tampagem, laminação e
t re f i l ação a f r io (Op. Cit).
Os aços inoxidáveis aus tení t icos d is t inguem-se , par t icu la rmente ,
pela ext raordinár ia res is tência aos mais var iados agentes corrosivos .
Outra apl icação, vem da necess idade de elevadas propr iedades mecânicas
inal teráveis em ins ta lações , que estão su je i tas a tempera turas elevadas.
Isto evita t rocas f reqüentes , de diversas peças e conseqüente
in ter rupções de t rabalho, o que impl icar ia em desperdíc io de tempo e
mater ia l .
Todas essas caracter ís t icas fazem com que os aços inoxidáveis
aus tení t icos , tenham uma divers idade muito grande de apl icações . Eles
são encontrados na indústr ia aerospacia l , na indústr ia au tomot iva ,
15
química, e le t rônica , da construção civil , e até mesmo, na medic ina .
Assim, pode-se encontrar aço inoxidável aus teni t ico s in te r izado em:
assentos para bancos de aviões, d isposi t ivos para "sprays" de fung ic idas ,
em fechaduras de cintos de segurança de automóveis , equipamentos
dentár ios , etc. (CAI & GERMAN, 1995; NYLUND et al . , 1995).
A tabela 3 i lustra a composição de um aço inoxidável AISI 316 L,
que devido as propr iedades expostas acima, é o mater ia l usado no
presente t rabalho.
Tabela 3 - Composição química (% em peso)
do aço inoxidável AISI 316L
Elemento Químico Composição
C 0,03 (máx)
Si 1 (máx)
Mn 2 (máx)
P 0,045 (máx)
S 0,030 (máx)
Cr 17
Mo 2,5
Ni 12
Fe 65,49
2.5 Caracter ização f ís ica de part ículas
As carac ter izações f í s icas de pós metál icos são abordadas na
l i tera tura , de forma dispersa e sem nenhuma metodologia , p r inc ipa lmente
quando se t rata de ref inamento dos dados, como é exigido pela técnica de
moldagem de pós por in jeção.
16
Diante disso, o rol de carac ter izações f í s icas abordadas no presente
t rabalho são: d is t r ibuição do tamanho médio, morfo log ia , teor de
umidade, e, área de superf íc ie espec í f ica das par t ículas . Exis tem
corre lações poss íveis , que poss ib i l i tam, entre tais parâmet ros , um melhor
controle durante a anál ise , o que será t ra tado em resul tados e discussão.
2.5.1 - Distr ibuição do tamanho de partícula
A dis t r ibuição de tamanho de par t ículas é um parâmetro , que
fornece informações a respei to do intervalo de tamanho em que se si tua a
população de par t ículas , e o compor tamento desta população, ou se ja ,
monomodal , b imodal , etc. O conhecimento de tal parâmet ro auxi l ia as
correções no processo, de forma a manter as carac te r í s t icas de um
produto, em termos de desempenho e reprodut ib i l idade de suas
propr iedades f inais (GERMAN, 1990).
Ent re tan to , estas técnicas de análise tem sido ut i l izadas por
pesquisadores , sem atentarem para um prévio ensaio , a fim de se
encontrar o agente dispersante adequado. A dis t r ibuição do tamanho de
par t ículas , pode ser medida através de d i f ração de luz Laser , ou
ut i l izando-se de um Sedígrafo (raio-X). Ambas as técn icas necess i tam de
pós em suspensão, para serem fe i tas as anál ises .
17
2,5.1.1 - Agentes dispersantes
Para uma análise cr i ter iosa para ambas as técnicas an te r io rmente
ci tadas, é necessár io um ef ic iente agente d ispersante , cu ja função seria
manter o conjunto de par t ículas em suspensão, durante todo o tempo de
anál ise . Isto evita que os pós se ag lomerem, o que faz com que
sedimentem rapidamente . Isto é f reqüente em pós metá l icos , devido a sua
alta densidade e tamanho, quando comparados com pós cerâmicos .
Um controle da es tabi l idade de suspensões pode ser obt ido pelo
conhecimento do potencial zeta, que pode ser def in ido como a d i fe rença
do potencial e le t ros tá t ico dado pelas cargas num ponto do l íquido e um
ponto muito próximo da superf íc ie da par t ícula . Todos os mater ia is em
contato com um l íquido adquirem uma carga e o potencia l zeta é um
importante indicador desta carga. Quanto maior o valor do potencial zeta
mais estável é o sistema, e consequentemente mais e f ic ien te o agente
d ispersante em manter a suspensão (BERGSTROM & PUGH, 1994;
WEINER et al., 1999; ZAMPIERON et al . , 1999a).
Três efe i tos pr incipais podem ser responsáveis pelas d ispersões : o
e fe i to e lé t r ico , estéreo e e le t ro-es téreo.
• O e fe i to e létrico é t ra tado pela teoria da dupla camada, ou teoria
DVLO (Der jaguin ; Verwey; Landau; and Overbeek) , a qual descreve
o jogo entre repulsão e le t ros tá t ica e atração de Van der Waals .
Quando uma par t ícula é imersa em uma solução, adquire carga em sua
superf íc ie . A carga da sua superf íc ie , mais a camada de íon d i fusa em
sua superf íc ie , const i tuem a dupla camada elétr ica. Alguns sais
podem induzir a uma única carga, de tal forma que tem-se um e fe i to
de repulsão entre as par t ículas , man tendo- se a suspensão dese jada .
18
• O e fe i to estéreo, é conseguido pela absorção de grandes moléculas
ou pol ímeros na superf íc ie das par t ículas , cr iando uma repulsão entre
as par t ículas .
• Em vários s is temas, pr incipalmente os b io lógicos , requerem uma
combinação de efeitos e íetrostát icos e estéreos, a t ravés da ação de
pol icá t ions e pol iânions (BERGSTRÕM & PUGH, 1994; RUSSEL et
al . , 1989).
2.5.2 - Área de superf íc ie específ ica
A natureza da superf íc ie individual das par t ículas é um fator
impor tante , com forte peso para força motora de s in te r ização , e para
res is tência verde do compacto. E um parâmetro d i f íc i l de descrever
quant i ta t ivamente , e por isso, é descri to s implesmente pela rugos idade
superf ic ia l das par t ículas , em escala microscópica .
Pós a tomizados a água, normalmente apresentam alta rugosidade
super f ic ia l , observáveis em ampliações re la t ivamente ba ixas , ao
contrár io dos pós a tomizados a gás, que podem ter rugos idade muito
f ina. Uma forma de determinar tal parâmetro , é através da técnica de
BET (Brunauer , Emmett and Teller) . Tal método, é u t i l izado para a
de terminação de área de superf íc ie de par t ículas , e fundamenta - se na
adsorção e desorção de gases pela superf íc ie , sendo a técnica requer ida
toda vez que a superf íc ie seja uma condição necessár ia para um
processo.
A técnica BET permite também, c lass i f icar os poros nas par t í cu las
que const i tuem os pós, de acordo com os seus tamanhos .
19
(i) poros com larguras que excedam a 50 nm (0,05 jam) são chamados
de macroporos ;
(i i) poros com larguras entre 2 nm e 50 nm são chamados de
mesoporos;
( i i i ) poros com larguras até 2 nm são chamados de microporos
Tal c lass i f icação é de extrema importância em tecnologia que
envolvam estudos mais cr i ter iosos de par t ículas (ROUQUEROL et al . ,
1994; SING et al. , 1985).
2.5.3 Tamanho médio de part ículas - técnica Fisher
A anál ise via FISHER é uma técnica apl icável para par t ícu las
abaixo de 50 jam, e é baseada na taxa de escoamento de um gás, passando
entre as par t ículas . A var iação da taxa de escoamento com pressão é
ut i l izada para determinar o diâmetro médio do tamanho de par t ículas , e
através da equação:
onde pé a densidade teórica do metal , e d é o d iâmetro de par t ícu las ,
pode-se obter a área de superf íc ie espec í f ica S.
Uma poss ib i l idade que tal técnica permite , é obter a área de
super f íc ie espec í f ica , e corre lacioná- la com as medidas de BET,
Sedígrafo ou Cilas, os quais fornecem dis t r ibuição do tamanho de
par t ícula , servindo como parâmetro ver i f icador , durante as anál ises
(ZAMPIERON et al . , 1999a).
20
2.5.4 - Morfologia e topograf ia das part ículas
A morfo logia ideal das par t ículas , segundo a l i t e ra tura
(THUMMLER & OBERACKER, 1993), é a es fér ica com super f íc ie lisa.
Isso é decorrência do processo ut i l izado para a obtenção dos pós, ou
se ja , os obt idos via a tomização a gás, que apresentam geometr ia e s fé r i ca ,
e os obt idos via a tomização a água, de geometr ia i r regular , com alto
índice de i r regular idade superf ic ia l . Isto vai inf lu i r de forma negat iva no
processo de in jeção, pr incipalmente no de baixa pressão.
2.5.5 - Teor de umidade
Este é um importante parâmetro para o processo de moldagem por
in jeção , pr inc ipa lmente na etapa de ret i rada do l igante, pois a água
absorvida e adsorvida, pode favorecer l igações secundár ias , ou se ja ,
pontes de hidrogênio, ref le t indo em t r incas , empenamentos , etc. das
peças , durante a ext ração dos l igantes.
Alguns t rabalhos revelaram que, após os pós serem secos em
es tu fas , à tempera turas em torno de 100 °C, durante pelo menos 1 hora,
há uma melhora na mistura dos pós com agentes l igantes. A d iminuição
da umidade, pode levar a uma provável redução na fo rmação de pontes
de h idrogênio (ZAMPIERON, 1999a) para pós f inos (granulometr ia
infer ior a 25 jum). Isto expl icar ia a menor incidência de empenamentos e
t r incas , nas peças s inter izadas , cu jos pós foram submetidas a uma etapa
de secagem.
,UMí£SAG f.'ACtCMi-i CfcüfútNüil NuCltAh/Ür irt-
21
2.6- Ligantes
O ligante é um veículo temporár io , que promove o empaco tamento
homogêneo do pó na forma dese jada , dando res is tência a verde ao
compactado, e mantendo as par t ículas na forma obtida do molde, até o
iníc io da s inter ização. Por esta razão, muito embora o l igante não dite a
composição f inal do produto, ele tem grande in f luênc ia no sucesso do
processamento (GERMAN AND BOSE,1997; ANWAR et al . , 1995).
Os l igantes são s is temas mul t icomponentes , tendo um grande
compromet imento com as propr iedades da mis tura e com as e tapas
poster iores . A mistura é fei ta de tal forma, que haja uma boa
molhabi l idade do pó, boa homogeneidade e v iscos idade , que de acordo
com a l i teratura, se encontra entre 15 e 40 Pa.s (GERMAN, 1990). Já
outros autores como (ZAMPIERON et a l . , 1999a , ZAMPIERON et al.
2001) , t rabalharam com viscosidades mais baixas, mos t rando que para
baixa pressão, pode-se encontrar valores em torno 1 a 5 Pa.s.
O t ipo de l igante ut i l izado irá def in i r a f ração máxima de pó, que
pode ser ut i l izada, a qual usualmente f ica entre 54 e 64 %, em volume.
As carac ter í s t icas que um l igante deve apresentar , segundo a l i tera tura
(GERMAN, 1990; THUMMLER & OBERACKER, 1993) são:
-ba ix íss ima viscos idade
-boa molhabi l idade aos pós
-boas propr iedades mecânicas
- fac i l idade de remoção de res íduos
-custo razoável
-baixa toxic idade
A Tabela 4 (GERMAN, 1990) apresenta uma lista de l igantes
t íp icos , ut i l izados em MPI. Os l igantes são, bas icamente , compostos de
22
um po l ímero (normalmen te um t e rmop lá s t i co ) , e ad i t ivos , t ambém
orgân icos .
Tabela 4 - L igan tes t íp icos u t i l i zados em moldagem de pós por
i n j eção (% em vo lume) - MPI ( G E R M A N , 1990)
Composição 1 Composição 2 70 % parafina 67 % polipropileno
20 % cera mícrocristalina 22 % cera mícrocristalina 10 % metil etil cetona 11 % ácido esteárico
Composição 3 Composição 4 33 % parafina 69 % parafina
33 % polietileno 20 % polipropileno 33 % cera de abelha 10 % cera de carnaúba
1 % de ácido esteárico 1 % ácido esteárico Composição 5 Composição 6
45 % poliestireno 65 % de resina epóxi 45 % óleo vegetal 25 % de cera
5 % polietileno 10 % de estearato butílico 5 % ácido esteárico
Composição 7 Composição 8
25 % de propileno 50 % cera de carnaúba 75 % óleo de amendoim 50% polietileno
Composição 9 Composição 10
35 % polietileno 58 % poliestireno 55 % cera de parafina 30 % óleo mineral 10 % ácido esteárico 12 % óleo vegetal
Composição 11 Composição 12
98 % anilina 56 % água 2 % parafina 25 % metil celulose
13 % glícerina 6 % ácido bórico
Composição 13 Composição 14
72 % poliestireno 4 % agar 15 % polipropileno 3 % glicerina
10 % polietileno 93 % água 3 % ácido esteárico
23
Para o processo de baixa pressão, uma vez a t ingidas as condições
ideais de mistura , são regulados os parâmetros de in jeção , isto é,
tempera tura , tempo de in jeção e pressão de in jeção. Assim, a moldagem
é e fe tuada , sendo que a peça obtida é denominada de corpo a verde. Se o
processo for a alta pressão, procede-se a uma pe lo t ização e
a rmazenamento da mistura, para uma poster ior in jeção.
2.7 - Composição da carga
A carga a ser moldada por in jeção é composta por pós metá l icos ,
ou cerâmicos e l igantes orgânicos , obje t ivando a obtenção de uma
mistura homogênea entre o material par t iculado e o l igante . A mis tura
desses componentes tem como obje t ivo preparar a carga para in jeção .
Esta é uma etapa necessár ia , tendo em vista as d i fe renças de
densidade dos componentes da carga e a conseqüente tendência à
segregação, durante a manipulação. Este é um momento , em que se deve
levar em conta as caracter ís t icas do pó, tais como, o empacotamento e a
f r ação volumétr ica , bem como, a v iscos idade da massa (HENS & LEE,
1989; HENS et al. 1991).
A mistura pode ser preparada em vários t ipos de equ ipamentos ,
havendo gera lmente , a necess idade de aquecimento . O processo de
extrusão é ut i l izado com maior f reqüênc ia , devido ao fa to de poss ib i l i ta r
uma homogeneização ef ic ien te da massa. Extrusoras de rosca dupla
apresentam, boa relação homogene idade-produção , permi t indo um
processamento cont ínuo, levando a uma alta molhabi l idade entre o pó
metá l ico /cerâmicos e os const i tu intes orgânicos (EDIRISINGHE, 1986;
GERMAN, 1990; MUTSUDDY, 1989).
24
Como há uma tendência na espec ia l ização de cada uma das e tapas
da MPI, já é possível encontrar no mercado, fo rnecedores da mis tura
pronta para in jeção , conforme BLOEMACHER et a l . (1997) .
A adição de const i tu in tes orgânicos poss ib i l i ta a in jeção da
mis tura , de modo a reproduzir o formato desejado. As carac te r í s t icas dos
pós e dos const i tu in tes orgânicos , tem importância fundamenta l nas
etapas que se seguem (HENS & LEE, 1989; NYLUND et al . , 1995;
GONÇALVES & PURQUÉRIO, 1996).
Caso não haja uma mistura homogênea ao longo da peça, poderão
ser observados problemas de empenamentos , após a s in ter ização
(ERICKSON & AMAYA, 1993).
2.8 Formulação de carga para moldagem por injeção
Uma carga de in jeção é formada a part ir da adição sucessiva de pó
metá l ico , a um dado sistema de l igantes. Isto é fe i to até o momento em
que seja at ingida a carga cr í t ica de in jeção, ou seja , a f ração volumét r ica
máxima de pó metál ico, aceitável pelo s is tema, com a devida
molhabi l idade do pó. A massa deste pó na mistura, pode ser ca lculada ,
segundo GERMAN (1990) , de acordo com a equação abaixo:
m = m<-Xyp'Pp (2)
onde : mp — massa do pó metál ico
ml ~ massa do l igante
X = f ração volumétr ica do pó metál ico
25
pp = densidade picnométr ica do pó
= densidade do l igante
O reconhecimento do ponto de carga cr í t ica , pode ser
fundamentado nas caracter izações de densidade, reologia e
compor tamento térmico da mistura. Em termos de dens idade , pode-se
dizer que a carga crí t ica é a f ração volumétr ica máxima, para a qual a
densidade exper imental de uma carga, ainda é igual à densidade teórica.
Por outro lado, em termos de reologia, uma carga in je tável a baixas
pressões , deve apresentar compor tamento pseudoplás t ico e a v i scos idade
na tempera tura de in jeção deve ser infer ior a 40 Pa.s (GERMAN, 1990;
THÜMMLER & OBERACKER, 1993; WARREN & GERMAN, 1988).
2.9 Densidade da carga de injeção
Modelos matemát icos podem ser usados para descrever as re lações
entre caracter ís t icas e cargas de pós, e s is temas de l igantes orgânicos .
Sis temas com densidades bat idas , re la t ivamente al tas, requerem baixas
concentrações de l igantes , para que seja at ingida a carga cr í t ica de pó.
A carga ót ima de pó, conterá um pouco menos desse mater ia l , do
que a carga cr í t ica, a fim para acomodar f lu tuações inerentes em pós,
l igantes , mistura e contração na s inter ização. Baseados em dados
disponíveis , es t ima-se que a carga ót ima, es te ja na fa ixa de 2 a 5 %
abaixo da carga crí t ica de um dado pó, para um dado s is tema de l igantes .
A densidade teórica pode ser calculada segundo GERMAN, (1990)
pela equação abaixo:
26
pt = pp.Xvp + pt(\-Xvp) (3)
onde: pt = densidade teórica da massa
Xvp= f ração volumétr ica do pó
pi - dens idade do l igante
pp = densidade do pó metál ico
rear ran jando a equação acima temos:
P t = P t + X ^ ( p p - p , ) (4)
onde a carga crí t ica é dada por:
C0=Ü.96JTW (5)
onde : CQ - carga ótima
Xvc= f ração volumétr ica crí t ica (car regamento cr í t ico)
No caso do gráf ico de carga crí t ica (Figura 2), nota-se que, desde o
momento em que só há l igantes no sis tema, até pouco mais de 60 % em
volume de pó metá l ico , o valor de dens idade , medido exper imenta lmente ,
é exatamente igual ao valor teór ico da densidade dado pela reta, que
termina na densidade teórica do pó metál ico. A part ir deste valor , que é
a carga crí t ica do sistema, adições sucessivas de pó metá l ico passam a
provocar uma queda na densidade e a curva dada pelos pontos
2 7
exper imenta is , tende à densidade bat ida do pó metá l ico (GERMAN,
1990; GERMAN & BOSE, 1997).
A f igura 2 é um gráf ico de de terminação de carga cr í t ica , por
densidade de carga in je tável ( " feeds tock") . Tal representação de
composição , indica a f r ação volumétr ica máxima de pó metá l ico em
relação ao l igante.
— teoria
• prática
densidade picnométrica
do pó
faixa de carregamento
ótima
densidade do ligante
"densidade batida' do pó
carregamento crítico
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
fração volumétrica do pó metálico
Figura 2 - Modelo de determinação de composição através da carga crítica (GERMAN,
1990).
28
2.10 Caracterização reológica
2.10.1 - Conceitos
A reologia é def in ida como sendo "o estudo de mudança na forma e
no f iuxo do mater ia l" . É portanto, uma ciência que lida com o f luxo e
as deformações que resultam desse f luxo, envolvendo f r i cção do f lu ido .
A viscosidade pode, então, ser def in ida como sendo: a f r i cção interna
ocas ionada , quando uma camada de f lu ido , se move contra outra camada
de f lu ido.
Isaac Newton propôs um modelo para descrever esse processo ,
desenvolvendo um concei to mais percept ível de v iscos idade , em termos
de quant idades mensuráveis . Assim, pode-se obter medidas desta f r i cção
interna de um f luido, considerando-a como uma res is tência ao f luxo, e
denominá- la v iscosidade.
A representação da def in ição de Newton pode ser expressa pelo
modelo de dois planos parale los , de f lu idos de área igual (A), separados
por uma dis tância (x), e movendo-se em uma mesma direção, a d i fe ren tes
ve locidades (dv/dx), conforme i lus t rado na Figura 3.
F
t Figura 3 - Modelo de dois planos mostrando gradientes de
velocidade.
2 9
Nesta f igura , a área é representada por "A" e dada em cm2 , a
d is tância que separa os dois p lanos é "dx "; e as ve locidades as quais se
movem são " v i " e v2". Newton assumiu que, a força "F" necessár ia para
manter a d i fe rença de velocidade, é proporcional à d i fe rença em
ve loc idade , através do l íquido ou da velocidade gradiente .
Isso, expresso em fórmula é dado por :
F d V fiL\ A dx
onde 77 é uma constante para um determinado mater ia l , e denominada de
viscosidade.
dv O gradiente de velocidade " — " é a medida de ve loc idade , na qual
dx
uma camada intermediár ia se move com relação a outra. Isto descreve o
c isa lhamento que o l íquido exper imenta e é chamada de " taxa de
c isa lhamento sendo sua medida def in ida e chamada de segundo inverso
(s*1). Neste modelo, a taxa de c isa lhamento é assumida como un i forme,
do topo ao fundo , entre as placas parale las , e assim dv/dx é igual a v/x.
A força por unidade de área é denominada de " força de
c i sa lhamento" , e representa a força necessár ia para produzir a ação de
c isa lhamento , tendo como unidade de medida dina/cm 2 .
Uti l izando-se os termos s impl i f icados , a v iscos idade 77 pode ser
def in ida matemat icamente pela fórmula:
3 0
« = - (?) ,v
onde: n ^v i scos idade
/ = f o r ç a de c isa lhamento
s = t a x a de c isa lhamento
A unidade fundamenta l de medida de v iscos idade é o "Poise ".
Assim, um mater ia l que re quer uma força de c isa lhamento de uma dina
por cent ímetro quadrado, para produzir uma taxa de c isa lhamento de um
segundo inverso (s"1), tem uma viscosidade de 1 Poise ou cem cent iPoise
(1 d i n a / S e g / c m M P ) .
Outra maneira de expressar a medida de v iscos idade , é em "Pascal
vezes segundo" (Pa.s) ou mil iPascal vezes segundo (mPa.s) , e estas são
unidades do sistema (SI). Assim, um Pascal vezes segundo é igual a 10
Poise (1 Pa.s = 10 P); um mil iPascal vezes segundo é igual a um
cent iPoise (1 mPa.s - 1 cP ) (TANNER, 1988; VINOGRADOV&
MALK1N, 1980; WALKERS, 1980).
2.10.2 Reologia versus processo MPI - aspectos básicos
O compor tamento reológico de mul t i fases como as empregadas em
MPI, via de regra, é pseudoplás t ico , ou seja , a v iscos idade decresce com
o aumento da taxa de c isa lhamento . Es te compor tamento reológico ainda
é pouco conhecido, e esta área está se f i rmando com o advento do
processo de moldagem de pós por in jeção (HSU & IO, 1996,
AGARWALA & PATTERSON, 1992, CAO et. al. 1991).
;QM:SSAC UACICNU LE ENERGIA M U Ü L E A R / S F :PLI
31
A viscosidade da mistura também é inf luenc iada pela f r ação
volumétr ica do pó, pela pressão de in jeção, pela tempera tura de in jeção e
do molde, e pelas caracter ís t icas f í s icas do pó (GERMAN, 1990).
A viscosidade cresce com o aumento da f ração volumétr ica do pó
segundo a equação:
(8) vpm
onde: rj = v iscos idade da mistura
rh = viscosidade do l igante
Xvp = f ração volumétr ica do pó
Xvpm= f ração volumétr ica máxima do pó (empacotamento) .
A viscosidade da mistura é inversamente proporc iona l à
tempera tura , da mesma forma que o é, no caso dos te rmoplás t icos .
Deve-se chegar a uma solução de compromisso entre a redução da
viscos idade com o aumento da tempera tura de in jeção , e os conseqüentes
efe i tos deletér ios causados por este aumento de tempera tura , os quais
seriam: re tardamento do ciclo de in jeção , maior incidência de t ensões ,
tendência à segregação e aumento no consumo de energia (GERMAN,
1990).
Não se descar ta a ut i l ização de temperaturas mais e levadas que as
usuais , quando se deseja introduzir al tas f rações volumétr icas de pós, o
que é possível para o processo MPI em alta pressão, já a ba ixa pressão
torna-se inviável devido a vola t i l idade das ceras. Além da t empera tura
de in jeção , deve-se considerar a temperatura do molde, tendo em vista a
32
moldabi l idade e controle das tensões de cont ração , o que para baixa
pressão, deve f icar em torno de 60 °C (ZAMPIERON et al. , 1999).
As carac ter í s t icas f ís icas do pó, que mais in f luenc iam a
v iscos idade são: tamanho médio de par t ícula , d i s t r ibu ição
granulométr ica e morfologia das par t ículas . A v iscos idade é
inversamente proporcional ao tamanho de par t ícula , onde par t ículas
es fér icas proporc ionam uma menor v iscos idade , já que possuem menor
área por unidade de volume, reduzindo, por tanto, o atr i to (GERMAN,
1990).
2.10.3 Tipos de comportamento de f luidos .
A. Newtoniano: o f lu ido Newtoniano, ou um material c l a ss i f i cado como
Newtoniano , é aquele cuja viscosidade é independente da taxa de
c isa lhamento , na qual é medida. Ex. água, óleos minera is , leci t ina
l íquida, etc.
B. Não - Newtoniano: o material não-Newtoniano pode ser c l a s s i f i cado
em dois grupos:
Não -Newtoniano independente de tempo
Não -Newtoniano dependente de tempo
B . l . Não - Newtoniano independente do tempo
> Pseudo-plást ico
O material pseudo-plás t ico , é c lass i f icado como aquele em que a
v iscos idade decresce com o aumento da taxa de c isa lhamento . Isto é
33
chamado de "c isa lhamento f ino" . Efe tuando-se a le i tura em um
viscosímetro de baixa para alta ve locidade , se as le i turas se repet i rem ao
se re tornar para baixa , o material é considerado independente do tempo
e de c isa lhamento f ino.
> Plást ico de Bingham
Se o mater ia l pseudo-plás t ico apresenta forças in ternas , que o
impeçam de f lu i r , até certo ponto de tensão de c isa lhamento , e em
seguida começa a f lu i r , ele é c lass i f icado como plás t ico de Binghan.
> Dilatante
Se o material é medido de baixa para alta ve loc idade , e a
v iscos idade aumenta com o crescimento desta ( taxa de c i sa lhamento) , o
mater ia l é c lass i f icado como dilatante. Ex. amido de milho com água,
misturas de areia /água. A di la tância também é denominada de
"c i sa lhamento espesso" .
B. 2 Não -Newtoniano dependente de tempo
> Tixotrópico:
Alguns f lu idos vão mostrar uma mudança de v iscos idade , em função
do tempo, quando submetido a uma taxa de c isa lhamento constante . Se a
viscosidade est iver decrescendo nesta relação de tempo, então esse
34
material será denominado t ixotrópico. Ainda, ao se real izar as medidas
a l terando a velocidade de alta para baixa e v ice-versa , obt iver-se nas
le i turas ascendentes , valores d i fe ren tes dos obt idos nas le i turas
descendentes , então o material é c lass i f icado como sendo t ixot rópico , e
dependente de tempo. Alguns exemplos são graxas e t in tas em geral .
Estes mater ia is também podem ser c lass i f icados como plás t icos de
Bingham.
> Reopéxicos:
Se o mater ia l for submetido à ação de uma força c isa lhante
constante , e a v iscos idade for aumentando com o passar do tempo, esse
mater ia l é considerado como reopéxico ou reopéct ico. É essenc ia lmente
o oposto da caracter ís t ica t ixotrópica . Um exemplo: suspensão de
pentóxido de vanádio (V2 O5).
Considerações -: propriedades
Alguns fa tores que afetam as propr iedades reológicas são:
tempera tura , taxa de c isa lhamento, condição de medida , tempo, técnicas
de preparação de amostra , composição do material e adi t ivos , bem como
carac ter í s t icas de dispersões .
Assim, as propr iedades reológicas são a l tamente in f luenc iadas
pelas caracter ís t icas f ís icas das par t ículas , o fe recendo impor tantes
parâmetros de controle de processabi l idade de mater ia is , e poss ib i l i tando
o estudo de t ra tamentos químicos , mecânicos ou térmicos , durante um
processo (BIRD et al., 1987; MANRICH & PESSAN, 1987; WALTERS,
35
1980; FREDRICKSON, 1964; EIRICH, 1956; TANNER, 1988;
VINOGRADOV & MALKIN, 1980; BRETAS & D 'AVILA, 2000).
2.11 Injeção
Quando o processo de in jeção de pós metál icos foi in t roduzido , a
maior ia das máquinas ut i l izadas era improvisada. Hoje , exis te uma
var iedade considerável de máquinas para a MPI.
Exis tem l i teraturas (MANGELS, 1994; MARTYN, 1999) que
af i rmam ser possível obter peças metá l icas , moldadas por in jeção com
pressões abaixo de 100 psi (0,7 MPa), mantendo-se a mesma qual idade
que as moldadas sob pressões de várias dezenas ou centenas de vezes
maiores .
A in jeção de pós metál icos pode ser efe tuada ut i l izando o mesmo
t ipo de equipamento ( in je tora e moldes) , usado na in jeção de cerâmicas
avançadas e pol ímeros. Os moldes de in jeção são pro je tados em função
do tipo de produto, e da produção requerida.
Os pr incipais parâmetros envolvidos são a d inâmica do escoamento
da massa in je táve l , a pressão da massa, a saída de gases, o desgaste das
partes cr í t icas , a geometr ia , a economia e o grau de au tomação dese jado .
Na in jeção de metais , grande atenção deve ser d ispensada ao desgas te , o
qual é ext remamente abrasivo. Para compensar a re t ração, a cavidade
deve ter dimensões superiores à da peça desejada , em função do t ipo de
mistura a ser in je tada (WREGE et al . , 1994; FORTULAN, 1997; ROMAN
et al . , 1996; MANGELS, 1994).
3 6
A injeção tem por objet ivo, conformar a mis tura composta na etapa
anter ior . É real izada na MPI da mesma forma como é na indúst r ia de
t rans formação de plást icos. As pr incipais var iáveis envolv idas na in jeção
são:
- per f i l de tempera tura no ci l indro de in jeção;
- tempera tura de in jeção;
- ve loc idade de in jeção ;
- t empera tura do molde;
- pressão de moldagem;
- tempo de moldagem;
- tempo de res f r i amento no molde.
O controle destas var iáveis tem por obje t ivo, não só produzir peças
in je tadas l ivres de defe i tos , mas também livres de tensões , que possam
introduzir d is torções nas etapas pos ter iores , como na ret i rada do l igante
e na s inter ização (ERICKSON & AMAYA, 1993).
Como o número de var iáveis é bastante grande, e como todas elas
tem um impacto razoável na qual idade do in je tado, o estudo de cada uma
iso ladamente torna-se ext remamente t rabalhoso. Modelos ana l í t i cos que
descrevem a etapa da in jeção na MPI, também podem ser fe r ramentas
poderosas , na previsão das condições ideais de in jeção.
A moldabi l idade da mistura , é a carac ter ís t ica que controla a etapa
de in jeção. Uma boa moldabi l idade permite a obtenção de peças com
formatos complexos , e com índices de defe i tos acei táveis . As
propr iedades reológicas da mistura , ou seja , a var iação da v iscos idade
com a taxa de c isa lhamento , são o que def inem sua moldabi l idade
(GERMAN & BOSE, 1997).
37
O processo de moldagem de pós por in jeção , oferece opor tun idades
para novas composições . Ao lado dos mater ia is t rad ic iona is , baseados
nos processos de conformação do pó (meta lurgia do pó), este processo
pode ser ut i l izado para conformação de aço inoxidável , aço carbono, aço
l iga, l igas de tungs tênio , l igas de cobal to , f ibras cerâmicas r e fo rçando
matr izes cerâmicas ou matr izes de compósi tos metál icos , bem como para
uma var iedade de compósi tos (GERMAN, 1990; KARANDIKAR &
RAMAKRISHNAN, 1987).
Outra poss ibi l idade do processo de in jeção de pós é a da co-
moldagem de di ferentes mater ia is , isto é, um produto formado pela
combinação de d i fe ren tes mater ia is . Esta opção, tem recebido a tenção,
em produtos que visem a formação de barre i ras de condução, super f íc ies
de desgaste e in terconecções elétr icas (GERMAN, 1990), tendo como
obje t ivo, a obtenção de um corpo livre de defe i tos , es t ru tura lmente
estável e que reproduza o formato desejado.
2.12 Retirada do l igante
Após a moldagem, segue-se a re t i rada do l igante , que é exclus iva
da MPI, d i fe ren temente do que se observa na in jeção e na s in ter ização ,
onde é possível ut i l izar-se o fer ramenta l teór ico e prát ico j á exis tente . É,
sem dúvida, a etapa que possui maior número de var iáveis . Duas rotas
até o momento são as mais ut i l izadas: re t i rada térmica do l igante , e
re t i rada química do l igante (GERMAN, 1990; ANGERMANN et al . ,
1992).
38
• via térmica - ass is t ida por capi lar idade, onde as peças são colocadas
sob um manto de a lumina, sil ica etc.; ou s implesmente , levando em
conta, as tempera turas de vapor ização ou decomposição dos l igantes .
• via química - onde a peça entra em contato com um solvente , quer
seja de forma imersa, ou s implesmente , em contato com os vapores
destes.
Esta etapa, quando mal fe i ta , resulta em t r incas no compactado após a
s inter ização. A remoção do aglut inante , sem a ruptura da l igação das
par t ículas , é um processo del icado que deve ser a lcançado at ravés de
uma série de passos.
In ic ia lmente , o l igante mantém as par t ículas jun ta s e deve ser
extra ído dos poros, sem dis torcer ou contaminar o compacto . Esta é a
etapa mais demorada e menos desenvolvida da MPI (GERMAN,1990) .
O termo "retirada térmica" será u t i l izada para os casos onde há
exc lus ivamente o uso da temperatura . Neste caso é comum sustentar as
peças em um leito de a lumina, para que parte do l igante l íquido, à uma
dada temper tura , possa ser removido por capi lar idade - "wick ing
debinding"- (GERMAN, 1987; VETTER et al. , 1994; ZHANG, 1990).
A ret i rada térmica do l igante, pode ser real izada em d i fe ren tes
a tmosferas obje t ivando não só uma maior e f ic iênc ia , mas também
proporc ionar uma proteção quanto à oxidação. Evidentemente obje t iva-se
até a redução de óxidos, j á exis tentes nas superf íc ies dos pós. Neste caso
a ut i l ização de misturas contendo hidrogênio tem sido inves t igadas
3 9
(SHUKLA & HILL, 1989; BANKOVIC, 1990; ERICKSON & WIECH,
1987).
A ut i l ização de s is temas de vácuo para ret i rada té rmica do l igante ,
e pos ter ior s in ter ização, em uma só etapa, também pode ser uma
a l ternat iva técnica e economicamente viável , embora ha ja d i f i cu ldades
re lac ionadas com o controle da composição química , p r inc ipa lmente
quanto ao teor de carbono, o que se apresenta como desvantagem
(STREICHER et al . , 1991; BANKOVIC & GERMAN, 1991).
A a l ternat iva que tem se mostrado mais e f ic ien te , ou seja , e tapas
de ret i rada do aglomerante mais rápidas , é a d issolução química a
quente , segundo alguns autores (GERMAN,1990; ANGERMANN et al.
1992).
A redução do tempo de remoção ainda é alvo de muita pesquisa e,
por tanto, a combinação de técnicas de extração, tem sido es tudada por
muitos pesquisadores até o momento (BANKOVIC & GERMAN, 1990;
HWANG & HSIEH, 1996). O obje t ivo é a obtenção de um "esque le to"
metál ico poroso, mas livre de defe i tos .
2.13 Sinterização
A etapa poster ior à remoção dos l igantes é a s in ter ização, que é
e fe tuada tal qual na metalurgia do pó convencional . A peça resul tante da
extração, denominada peça marrom, é aquecida até uma tempera tura
abaixo do ponto de fusão do mater ia l , de forma que seja promovida a
união entre as par t ículas , a f im de propiciar à peça, a res i s tênc ia
esperada.
40
Sinter ização é o processo de união das par t ícu las , quando
aquecidas a tempera turas e levadas, abaixo da tempera tura de fusão . Em
uma escala microes t ru tura l , esta união das par t ículas ocorre à medida
que as l igações de soldas (pescoço) crescem, nos pontos de contato entre
as par t ículas .
Par t ículas menores s inter izam mais rapidamente , porque a energia
superf ic ia l por unidade de volume, é inversamente proporcional ao
diâmetro da part ícula . Porém, nem toda a energia superf ic ia l está
disponível como uma força di recionada para a s inter ização. O processo
d i fus ivo é gera lmente dominante , porém vários fa tores in f luenc iam a
taxa de s in ter ização, tais como a densidade inicial , mater ia l , tamanho de
par t ícula , a tmosfera de s in ter ização, tempera tura e taxa de aquec imento
(GERMAN & BULGER, 1992; GERMAN, 1994 ).
Sinter ização com fase l íquida é uma opção atrat iva para muitos
mater ia is de alto desempenho que são conformados através MPÍ, por
causa do ciclo de processamento rápido, densidade f inal alta e exce len tes
propr iedades f ina is (GERMAN & BULGER, 1992; ).
A capacidade de dens i f icação na s in ter ização, está in t imamente
l igada ao tamanho de part ícula do pó ut i l izada, tempera tura , tempo e
a tmosfe ra de s in ter ização, e à un i formidade do empacotamento das
par t ículas , após a etapa de ret i rada do l igante. A cont ração observada na
s in ter ização é considerável , j á que a densidade após a re t i rada do
l igante , é da ordem de 60% da densidade teórica.
O sucesso da MPI está l igado à poss ib i l idade de se produzi r , em
larga escala, peças s in ter izadas , possuindo densidades ainda maiores do
que as ver i f icadas nos s inter izados convencionais . E comum se obter
OMISSÃO KACCNM OF ENERGIA MUCLEAH/SP W.»
41
peças com densidades da ordem de 96% a 99% da densidade teór ica , com
dimensões e propr iedades controladas (GERMAN & BOSE, 1997).
A s in ter ização de aços inoxidáveis moldados por in jeção , e os
e fe i tos de s is temas de l igantes neste processo , é um tema muito es tudado
devido a sua grande apl icação, pr incipalmente em ambientes agress ivos
(HSU & IO, 1996; ANWAR et al. , 1995). Após a e tapa de s in te r ização ,
o produto f inal está pronto para o uso, ou para operações secundár ias ,
como cal ibração, t ra tamento de superf íc ie , etc. Esta e tapa, tem por
obje t ivo, a obtenção de um produto livre de defe i tos , e com a mais al ta
densidade possível . A f igura 4, mostra os passos do processo MPI (REI,
1999).
42
w
Pó metálico Ligante | |
Mistura e moldagem por injeção
Peça marrom
Extração química (remoção das ceras)
Peça verde
Extração térmica remoção do polímero e aditivos
Sintetização Peça pronta
Figura 4: Etapas do processo de moldagem de pós por in jeção-MPl
(REI.M, 1999).
43
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.1 Metodologia aplicada
O trabalho foi desenvolvido, tomando como base, pós de aço
inoxidável AIS1 316L de duas granulometr ias : uma infer ior a 20 |im,
a tomizados a gás, e outra infer ior a 45 jim, a tomizados a gás e a água.
Tais pós, foram caracter izados quanto ao tamanho médio de par t ículas ,
d is t r ibuição do tamanho de par t ícula , área de super f íc ie espec í f i ca ,
morfo log ia e teor de umidade. Os resul tados foram cor re lac ionados , a
f im de encontrar vínculos entre as anál ises .
A d is t r ibuição do tamanho de par t ícula , foi rea l izada via d i f r ação
de luz LASER e via absorção de raio X. O tamanho médio de par t ícula
foi medido pelo método FISHER. O agente d ispersante , foi encont rado
através de um phmetro e de um zetâmetro. Quanto à forma das par t ícu las ,
foi fe i to uma dispersão de pós, sobre um suporte metá l ico , e estes foram
anal isados por microscopia e le t rônica de varredura .
Os l igantes ut i l izados foram: pol ie t i leno de baixa dens idade , cu ja
função é dar res is tência mecânica ao corpo a verde; cera de carnaúba que
age como desmoldante e lubr i f icante da matr iz; para f ina , que é u t i l izada
para baixar a v iscos idade da mistura; e cera mícrocr is ta l ina , que auxi l ia
a carnaúba, como agente desmoldante .
A carac ter ização dos l igantes , foi real izada através de ca lor imet r ia
d i ferencia l de varredura (DSC), para conhecer os respect ivos pontos de
4 4
fusão , necessár io para a composição das massas; e a t ravés de
te rmogavimet r ia (TGA), para se conhecer o intervalo de tempera tura de
evaporação, o que é necessár io para os a jus tes dos fornos , na e tapa de
re t i rada dos l igantes.
Seguindo-se o cr i tér io de carga cr í t ica , massas de vár ias
composições foram preparadas dentro da in je tora de baixa pressão
modelo MIGL 28 - Peltsman, u t i l izando-se o mis turador t ipo p lanetár io .
Tais massas, foram ensaiadas através de reômetros , o que permit iu
ver i f icar a a tuação das ceras, e pol ímeros a f im de o t imizar sua
formulação , visto que a l i teratura pouco menciona para os casos de baixa
pressão.
A composição das massas foi obtida através do método proposto
por German (1990) , conhecido por método de carga cr í t ica , conforme
most rado na f igura 2.
As massas foram submet idas à anál ises reológicas , em tres t ipos
reômetros , e as suas dens idades medidas por p icnometr ia gasosa, à fim
de ver i f icar a sua homogeneidade .
Pos ter iormente , foram submetidas a uma anál ise por microscopia
e le t rônica , a fim de ver i f icar a molhabi l idade das par t ículas , d i s t r ibu ição
dos l igantes , e a formação de bolhas, devido à evaporação das ceras.
As massas foram in je tadas em forma de barras para le lep ipédicas . O
processo de in jeção foi acompanhado por medida de dens idade , rea l izada
em corpos a verde, pelo método hidros tá t ico . As peças in je tadas , foram
levadas a fornos tubulares , nos quais procurou-se rea l izar a re t i rada de
l igante e s in ter ização, via té rmica e via química, sendo que a pr imeira ,
foi real izada em um único passo.
45
Fez-se medidas de dureza das peças, a f im de conhecer as
propr iedades mecânicas , e aval iar a o t imização do processo . As anál ises
de dens idades h idros tá t icas e geométr icas , foram empregadas nas
amostras s in ter izadas , a fim de se determinar as poros idades fechadas e
abertas .
3.2 Materiais uti l izados
Foram ut i l izados pós f inos de aço inoxidável AISI 316L, os quais
foram uma resul tante de duas granulometr ias : uma 80 % abaixo de 22pim,
e outra, 90 % infer ior a 16 jxm e pós grosseiros infer ior a 45 jam. Os pós
grosseiros foram atomizados a água e a gás, enquanto os f inos foram
atomizados somente a gás.
Para determinar a dis t r ibuição granulométr ica dos pós metá l icos ,
foi necessár io encontrar um agente d ispersante adequado, e para tal ,
foram ut i l izados: pol iacr i la to de sódio, hexafos fa to de sódio, á lcool ,
Darvan n°6, Dispersal L e p i ro fos fa to de sódio.
Vale lembrar que a escolha do aço inoxidável , deveu-se à sua
ampla ut i l idade mesmo em ambientes agressivos; e quanto à escolha do
s is tema de l igantes , j á ci tados, foi devido à reunião de fa tores como
permissão de t rabalho em baixa v iscos idade, e baixa tempera tura . Além
disso, t ra ta-se de mater ia is de ampla d isponib i l idade comerc ia l , e de
baixo custo.
Na etapa de ret i rada dos l igantes , foram ut i l izados heptano e
c ic lohexano, como uma pr imeira tenta t iva , e descar tados logo em
seguida devido a problemas ambientais . A opção mais in teressante foi
via térmica assis t ida por alumina.
46
3. 3 Equipamentos
Para as anál ises dos pós, quanto ao tamanho médio de par t icula , foi
u t i l izado um analisador de partículas Fisher ( subsieve sizer) . Para a
anál ise de dis t r ibuição do tamanho de par t icula , foi u t i l izado um
granulómetro modelo Cilas 1064, e um Sedígrafo , que real iza a anál ise
granulométr ica via raio X.
Quanto às anál ises de área de superf íc ie espec í f i ca , foram
real izadas através de um BET - ASAP 2000, enquanto que a forma
geométr ica das par t ículas , foi determinada por um microscópio de
varredura marca Philips.
Para a preparação de massas, e in jeção de peças, foi ut i l izada uma
injetora Peltsman modelo MIGL-28, manual e desprovida de vácuo,
conforme f igura 5.
Figura 5. Injetora Pel tsman, modelo MIGL-28 des t inada ao
processo de baixa pressão.
4 7
Os l igantes foram carac ter izados por ca lor imetr ia d i fe renc ia l de
varredura (DSC) na Rhodia , e por análise térmica d i ferencia l (DTA) e
anál ise te rmo-gravimétr ica (TGA) no Labora tór io de Cerâmica do IPEN.
As massas foram caracter izadas por reômetros de torque
Brookf ie ld , modelo DV II, aquecido por uma res is tência e lé t r ica
conhecida como termocel , local izado na Univers idade Federal do Rio
Grande do Sul - UFRGS; e um reômetro de torque Brookf ie ld modelo
DVIII aquecido por água, local izado no IPEN.
Foi ainda, u t i l izado um reômetro capi lar Galaxy III modelo
9052, local izado no laboratór io de pol ímeros - UFRGS, e um capi lar do
tipo HAAKE Polylab Sistem, local izado na Univers idade Federal de
Santa Catar ina- UFSC, com a pretensão de ver i f icar o equipamento mais
adequado, para massas aqui ut i l izadas .
Um picnômetro a gás Hélio, foi u t i l izado para encontrar densidade
das massas; e uma balança anal í t ica , ut i l izada para encontrar dens idade
hidros tá t ica , de corpos a verde e s inter izados.
Na ret i rada de l igantes e s in ter ização, foram ut i l izados um forno
tubular , no qual estava acoplada uma bomba mecânica , com medidor de
vácuo, e um controlador manual de aquecimento .
48
3.4 Métodos de anál ise
3.4.1 Caracter ização f ís ica dos pós metál icos
3.4.1.1 Retirada da amostra
O procedimento para a ret i rada de amostras representa t ivas de
lotes de pós, seguiu a norma ASTM - B215, tanto para o p rocessamento ,
quanto para os ensaios de laboratór io.
3.4.1 .2 Determinação das densidades aparente solta e aparente
batida dos pós metál icos.
Par t indo-se de pós de aço inoxidável AISI 316 L de duas
granulometr ias - uma contendo 80 % de par t ículas abaixo de 22 jum, e
outra contendo 90 % de par t ículas abaixo de 16 jxm, montou-se 11 lotes ,
var iando-se as porcentagens de 0 a 100 % de cada amost ra , ou se ja , 0-
100; 10-90; 20-80 e assim por diante, e real izou-se ensaios de dens idade
aparente e densidade bat ida, segundo as normas ASTM -B 417 e ASTM-
B 527, respect ivamente .
3.4.1.3 Agentes dispersantes -distribuição do tamanho de partículas
Para real izar a dis t r ibuição das par t ículas ( já que possuem
densidades 7,9 g/cm3 , e levadas em relação aos pós cerâmicos) , foi
necessár io , antes de tudo, d ispersá- las . Foi ut i l izado para tal , um
49
zetâmetro , e pos ter iormente um phmetro, e seus resu l tados foram
comparados .
As medidas foram fei tas em pós em suspensão cons t i tu ída de um
agente d ispersante , água e o pó de aço inoxidável AISI 316 L . Para a
de terminação do melhor agente d ispersante , foram real izados ensa ios
com os conhecidos comerc ia lmente , e u t i l izados por ceramis tas , e
indústr ias de pigmentos ( t intas) .
As anál ises de d is t r ibuição de par t ículas , foram rea l izadas em um
granulômetro modelo CILAS 1064, que func iona por d i f r ação de luz
LASER, que através de bloqueio de luz permite medidas de mater ia is
par t iculados , numa faixa de 0,1 a 500 Foi u t i l izado ainda, um
Sedígrafo que, através de raio-X, detecta o tamanho de par t ícu las , por
meio de uma varreção, durante a sedimentação destas , e comparado seus
resul tados com o método de luz LASER.
3.4.1.4 Tamanho médio das part ículas - método FISHER
Para a determinação do tamanho médio das par t ículas , u t i l izou-se o
apare lho "Fisher Sub-Sieve Sizer" (FSSS), o qual ut i l iza o pr inc íp io de
permeabi l idade do ar, ou seja , é baseada na taxa de escoamento de um
gás, passando entre as par t ículas . Tal método, permite medir par t ícu las
no intervalo de 0,2 a 50 jum, o que é de grande ut i l idade no cont ro le dos
processos.
A anál ise via FISHER, é uma técnica que pode ser cor re lac ionada
com a área de super f íc ie espec í f ica , a t ravés da equação 1. A norma
ut i l izada , neste caso, foi a ASTM-B330.
50
3.4.1 . 5 Determinação da área de superf íc ie espec í f ica de
pós - método BET.
Este método descreve o procedimento para a de terminação da área
de super f íc ie espec í f ica , pelo processo de adsorção de n i t rogênio .
3.4.1.6 Determinação da umidade dos pós.
A determinação da umidade foi obt ida, através da u t i l ização de
um forno t ipo mufla , com aquecimento até 200 °C. Para tanto , co locou-se
cerca de 20 g de uma amostra no inter ior de um cadinho, aquecendo-se
até 120 °C, e mantendo-o por 4 horas , nesta tempera tura .
Obteve-se assim, o teor de umidade, através da d i fe rença das
massas f ina is ( m f ) e iniciais (mi), das amostras es tudadas , segundo a
equação 9:
umidade = " " ' " ^ . Í O O [%] (9) mi
Tal item interfere di re tamente na ret i rada de l igantes , o que pode
ser observado pela d iminuição de empenamentos , quando ut i l izado o
procedimento acima.
OMISSÃO KAwiGNM CE EMERGIA NUCLEAR/SP
51
3.4.1.7 Determinação da densidade picnométrica dos pós.
O método de determinação da densidade p icnométr ica ut i l iza o
pr incípio de que a mudança de pressão de um gás (hél io) cont ido num
recipiente , com uma variação discreta de volume, é função do volume de
qualquer objeto sól ido, cont ido no recipiente .
O picnômetro apresenta duas câmaras ca l ibradas , e a t ravés da lei
dos gases
PV = nRT (10)
é possível determinar as pressões (P) das câmaras , e consequen temente ,
calcular o volume (V) não preenchido pelo gases, que é o volume da
amostra , segundo a equação:
Vamostra - Vcel ~ ^£Xp (11)
Fazendo -se uso da fórmula de densidade, ou seja ,
P = - (12) V
pode-se determinar a densidade da amostra .
Sendo Vs, o volume do sól ido; Pi e Vi, a pressão e volume
inic ia is ocupados pelo gás; Pf e Vf, a pressão e volume f ina i s , ocupados
pelo gás, à tempera tura constante , pode-se apl icar a lei dos gases
per fe i tos , e obter-se a var iação, em volume, dada por:
52
Pi-Pf AVs= J (13)
PfVs
A part i r deste pr incípio , uma amostra de pós metá l icos foi
submet ida a uma análise picnométr ica , a fim de de terminar a dens idade
destes. Através da d i fe rença entre esta medida, e da dens idade teór ica do
mater ia l , pode-se obter a porosidade fechada , cu ja in f luênc ia está na
obtenção de peças pós-s in ter izadas , com um certo nível de re t ração ,
capaz de ref le t i r em tr incas e empenamento das peças.
3.4 .1 .8 Morfologia das part ículas
A morfo log ia das par t ículas foi observada por microscopia
e le t rônica de varredura (MEV). Esta técnica mostra , de forma
qual i ta t iva , a forma, e as condições topográf icas de super f íc ie das
par t ículas .
Os pós de aço inoxidável AISI 316L, foram dispersos em
lamínulas , levados a uma câmara, onde foi vapor izado ouro, com o
obje t ivo de recobrir a amostra . Tal procedimento proporc iona melhores
condições , no tocante à ni t idez, para a obtenção das respec t ivas
micrograf ias .
3.4.1.9 Composição química dos pós metál icos
A composição química foi determinada e comparada com a do
fabr ican te e, pos ter iormente , todos os resul tados foram corre lac ionados .
Para a detecção de óxidos ou outros contaminantes , foi ut i l izada a
53
técnica de Mõssbauer . Esta anál ise foi fe i ta pelo laboratór io de f í s ica da
Univers idade Federal de São Carlos - U F S C a r .
3.4.2- Caracterização dos l igantes
Foram determinados as pr incipais carac ter í s t icas f í s icas dos
l igantes ut i l izados conforme, mostra a tabela 5.
Tabela 5 - Caracter ís t icas f ís ica dos l igantes (MAJEWSKA-GLABUS et
al. , 1995).
Densidade Temp. Viscosidade (Pa.s) Temperatura
(g/cm3) Fusão na temperatura de Referência
(°C) De referência (°C)
Polietileno 0,92 113 0,79 130
Parafina 0,90 62 0,009 101
Carnaúba 0,99 86 0,0209 110
Cera 0,97 125 0,018 120
Microcristalina
Os l igantes foram caracter izados através de anál ise termo-
di ferencia l (DTA) e do método de ca lor imetr ia d i ferencia l de var redura
(DSC) e pos ter iormente por análise t e rmo-grav imét r ica (TGA).
3.4.2.1 DTA e DSC
As anál ises via DTA e DSC, foram real izadas a f im de obter os
pontos de fusãode cada l igante const i tu in tes da mistura . Isto permi t iu o
de terminar a tempera tura no inter ior da in je tora , durante a mis tura dos
componentes para a composição das cargas.
54
Estas técnicas são similares e procedem por meio de regis t ro de
tempera turas de t ransição através da comparação de tempera turas da
amostra e de uma referência . Tal amostra , é to ta lmente inerte dentro da
fa ixa de tempera tura ensaiada.
3.4.2.2 Análise termo-gravimétrica (TGA)
A anál ise te rmogravimétr ica se baseia em perda de massa, com
aumento de temperatura , através da evaporação, o que permit iu a
obtenção do perf i l té rmico do forno para a ext ração de l igantes e
s inter ização.
3.4.2.3 Reometria
Os reômetros ut i l izados foram do tipo Brookf ie ld ( torque) , capi lar
e Haake. Os reômetros do tipo Brookf ie ld (Figura 6) são u t i l izados para
controle de qual idade em processos gerais , sendo mui to empregados para
s is temas dispersos como: t intas , barbot inas etc.
Este aparelho mede o torque requerido, para girar uma haste , que
está imersa no l íquido em teste. Tal haste é movimentada por um motor
s incrônico, através de uma mola cal ibrada. A folga angular da haste
atrás do motor, é proporcional à v iscos idade .
Várias ve locidades padrões são possíveis , e pode-se colocar vár ios
t ipos de haste imersas em l íquidos (discos, c i l indros , etc.) . Viscos idades
55
desde 100 cP (cent iPoise) , até v iscos idades cons ideradas a l tas , podem
ser medidos por este equipamento.
Assim, as massas são anal isadas em rec ip ientes de volume de
aproximadamente 40 mL e, a través do movimento rotacional são
re t i radas as taxas de c isa lhamento e v iscosidade. Tais rec ip ientes , podem
ser aquecidos a t ravés de água, ou através de res is tência e lé t r ica , s is tema
este, conhecido como termocel .
Figura 6 - Reômetro de Torque - Brookf ie ld Modelo DVII
56
O reômetro capilar (Figura 7) apresenta uma s i tuação, onde o
f lu ido é cons tantemente ext rudado, com velocidade cons tan te , a t ravés de
um or i f íc io capilar de área t ransversal c i rcular . Mede-se a força exercida
pelo pistão sobre o f lu ido, para que este escoe, e mede-se também a
vazão do mesmo. A massa a ser anal isada é impuls ionada por um pis tão,
ver t ica lmente para dentro de um barr i l , que possui d iâmetro e a l tura
de terminados , enquanto sensores registram as medidas reo lógicas , como
viscos idade e taxa de c isa lhamento , para equipamentos g rá f icos
acoplados ao mesmo.
Figura 7 - Reômetro Capilar modelo Galaxy.
57
O reômetro do tipo Haake ( f igura 8) tem, bas icamente , o mesmo
pr incipio de func ionamento que o reômetro capi lar modelo Galaxy, sendo
que a d i ferença reside na forma como o f lu ido é levado até o capi la r ,
a t ravés de uma rosca sem fim. E um equipamento que permite as medidas
para massas, contendo uma alta porcentagem de pol ímeros. Uma rosca
sem fim impulsiona a massa, onde cont ro ladores térmicos mantém sua
temperatura em nível dese jado , e sensores medem a v i scos idade , taxas de
c isa lhamento , e outros parâmetros reológicos.
Figura 8 - Reômetro capilar do tipo HAAKE.
58
3.4.3 Caracter ização reológica em diferentes equipamentos
Foi caracter izado o compor tamento reológico de cinco lotes
apresentados na tabela 8, em 3 t ipos de reômetros , loca l izados em Santa
Catar ina e Rio Grande do Sul, com o obje t ivo de aval iar a compos ição de
l igantes , e o equipamento mais adequado para cargas de in jeção , em
baixa pressão .
Antes de iniciar as medidas reológícas , os lotes foram
homogeneizados num mis turador Pol i lab Sistem HAAKE, local izado em
Santa Catar ina , a fim de garantir a melhor molhabi l idade das par t ícu las
pelos l igantes , e obtidas as densidades p icnométr icas de cada massa.
Em seguida, as mesmas cargas foram levadas para o Rio Grande do
Sul, tendo sido real izado o mesmo procedimento para os reômetros , um
do t ipo rotacional ou de torque , e outro do tipo capi lar .
Foram real izadas 4 ensaios para obtenção das medidas reológicas
para cada lote, a fim de garantir a reprodut ib i l idade dos resul tados.
3.5 Injeção de Peças
A tempera tura de in jeção foi de 145 °C, a uma pressão de 0,6
MPa, e a matr iz foi previamente aquecida a uma tempera tura de 50 °C. O
sis tema de l igantes usado neste estudo foi composto de 40 % em volume
de l igantes , e 60 % de pós metál icos .
Para del inear a melhor condição de in jeção , os corpos a verde
foram in je tados , em pressões de 0,4; 0,5; 0,6 e 0,7 MPa, em
59
t empera turas que var iaram entre 135 a 155 °C, o que foi acompanhado
através de medidas de densidades.
A mistura meta l -pol ímero , pode ser cons iderada como um s is tema
pol imér ico modi f icado , e foi real izada numa câmara sob agi tação
constante . A homogeneidade da mistura , foi acompanhada a t ravés de
f ra tura de amostras e também através de medidas reológicas num
reômetro , modelo Brookif ie ld DVIII.
3.5.1 - Injeção de massas const i tuídas de pós f inos
Pós a tomizados a gás, muito f inos ( infer ior a 20 pm) de aço
inoxidável AISI 316L foram ut i l izados nesta estapa, e mis turados com
l igantes. A massa resul tante da mistura; pó metá l ico mais l igante , foi
obt ida sob agi tação constante (60 rpm), dentro da própr ia in je to ra , a
tempera tura de 150 °C.
As amostras foram in je tadas à pressão de 0,4; 0,5; 0,6 e 0,7 MPa
em tempera turas no intervalo de 135 a 155 °C. Os resul tados da var iação
de pressão e tempera tura , foram aval iados por densidade a verde e a
homogeneidade , a t ravés da f r a togra f i a dos corpos a verde, e por medidas
reológicas .
3.5.2 - Injeção de massas const i tuídas de pós grosse iros
Pós de aço inoxidável AISI 316L usados, foram produzidos
a t ravés de a tomizaçao a gás e a água. Foram c lass i f i cados abaixo de
45 pm, através de peneiras 325 #, 400 # and 500 # (mesh) , obedecendo
a norma ASTM B-214.
60
Tal procedimento foi repet idos várias vezes, sendo acompanhadas
por anál ises de dis t r ibuição de tamanho de par t ícula , até se obter o
mesmo compor tamento para ambas as amostras.
Para garant i r a homogeneidade entre as carac ter í s t icas f í s icas das
amostras , foram ut i l izados anál ises de d is t r ibuição e tamanho médio de
par t ículas via d i f ração de luz LASER e via raio-X . O propósi to foi obter
uma dis t r ibuição de tamanho de par t ícula , s imilar para ambos os pós
a tomizados , a gás e a água, e compará- los .
Duas mis turas com a mesma formulação foram produzidas , uma
com pós a tomizados à água, e outra com pós a tomizados à gás, assim
const i tu ídas : 60 % em volume de pós metál icos , 5 % em volume de
pol ie t i leno de baixa densidade, 7 % em volume de cera de carnaúba , 25
v/o de cera de paraf ina , e 3 % de cera microcr is ta l ina .
3.6 - Retirada de l igantes
Esta etapa consis t iu de extrações via química e via té rmica , e a
e f ic iênc ia de cada uma foi aval iada. A questão ambienta l também foi
uma preocupação constante . Foi adotada a extração de l igantes , via
té rmica assis t ida por alumina, onde a s in ter ização pode ser real izada na
peça marrom, de forma cont ínua, reduzindo o tempo destas e tapas .
3.6.1 - Extração por via térmica, assist ida por alumina
As barras para le lepipédicas foram colocadas em cadinhos de
a lumina, e cobertas por alumina de granulometr ia 325 mesh, e levadas ao
OMiSSAC KAC»CNíl üE EMEKGIA NUCLEAR/SP WL*
61
forno com taxa de aquecimento de 7 °C por minuto, sob vácuo de IO"2
torr,
O controle do aquecimento era fei to manualmente , a f im de se
evitar a inércia do forno. Sempre que havia a l teração do vácuo, o que
denotava evaporação de l igantes , era mantida a tempera tura cons tan te ,
até o res tabelec imento do vácuo, nas condições iniciais . Isto era mant ido
até 600 °C, o que garantia a completa e l iminação dos l igantes. A
tempera tura , pos ter iormente , era elevada até 1.250 °C, num único ciclo.
3.6.2 - Extração por via química
Nesta etapa, o corpo a verde era submetido a solventes como ciclo
hexano, benzeno, heptano, entre outros, cuja tempera tura girava em
torno de 50 °C. Dentre tais solventes , o heptano foi o escolh ido , dada a
sua e f ic iênc ia e baixa toxic idade , em relação aos demais .
3.7 - Sinterização
A sinter ização foi fe i ta em forno tubular , mergulhando as peças a
verde em leito de a lumina, a fim de que auxi l iasse na conservação da
forma, e na extração do l igante. Foram real izados ensaios de dens idades
e dureza, obje t ivando a determinação da evolução das propr iedades
mecânicas em tempera turas próximas a de s inter ização.
A tempera tura de s inter ização foi de 1250 °C por 1 hora, seguida
de res f r i amento lento, sob baixo vácuo.
62
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resul tados foram divididos em partes A e B. A parte A consis te
dos s is temas cons i tu idos de pós f inos e a parte B, os cons t i tu ídos de pós
grosseiros cu jas técnicas foram deta lhadas na parte A. Quanto aos
l igantes , com as caracter ís t icas térmicas já conhecidas , as únicas
mudanças foram em relação a quant idade entre ceras e o pol ie t i leno
u t i l izadas entre as par tes A e B .
PARTE A - SISTEMAS HETEROGÊNEOS CONSTITUÍDOS DE PÓS
FINOS ( inferior a 25 jim)
4.1. Caracterização de pós metál icos e correlações .
4.1.1 Composição química
Em pós metál icos , de maneira geral , o nível de impurezas pode
a fe ta r sobremaneira outras caracter ís t icas do própr io pó, e também a
qual idade do produto f inal . Por tanto, uma anál ise química , confo rme
i lus t rado na Tabela 6, é importante , devendo-se observar com especial
a tenção, a presença de e lementos contamínantes endurecedores do
mater ia l , que podem alterar as propr iedades f inais do produto , a fe tando
inclusive a s interabi l idade.
Outra caracter ís t ica de grande relevância , é a presença de óxidos
super f ic ia i s , que podem ser or iginár ios do processo de fabr icação do pó,
e também de uma estocagem prolongada. Estes óxidos são abras ivos , e
63
podem comprometer a vida do ferramental de compactação (GRAF et al. ,
1991).
Tabela 6 - Resultados de análise química dos pós aço inoxidável AISI
3 1 6 L - Osprey e LCT-USP*
Amostra 80 % -22 jam 90 % -16 fim 80 % -22 jam 90 %-16jnm
Osprey Osprey LCT LCT
Fe Bal Bal Bal Bal
Ni 13,19 12,59 13,3 13,3
Cr 16,73 16,64 16,0 15,9
C 0,017 0,019 * * * * * *
Si 0,710 0,520 0,40 0,40
P <0,04 0,021 0,04 0,04
Mo 2,69 2,89 1,74 1,64
Mn 1,61 1,48 1,65 1,64
S <0,035 0,004 * * * * * *
*LCT - Labora tór io de Caracter ização Tecnológica sediada no
depar tamento de Engenhar ia de Minas - USP
Osprey - Sandvik Group Company
*** anál ises não real izadas
Pode-se observar que não houve a l teração da composição química ,
o que poder ia permit i r o surgimento de contaminantes , que pudessem
comprometer a vida do fer ramenta l .
64
4.1.2 Diagnóst ico do empacotamento de partículas
Os pós contendo par t ículas abaixo de 22 um e 16 um, foram
mis turados em um misturador " tú rbu la" durante 1 hora, a fim de
encontrar o melhor empacotamento de par t ículas , entre as duas
granulometr ias . Os resul tados estão i lustrados na Figura 9
densidades solta e batida
E J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
—•—d solta
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
—1— dbatida
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J
J
4,5 «r* 4 -
3,5 E 3 -
3 ? 5 8 , "8 2
1 1,5 3 1
0,5 0 J 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
amostras
Figura 9 - Determinação das densidades solta e bat ida.
65
A part i r do resul tado obt ido, ver i f icou-se que a melhor re lação foi
a apresentada pelo lote 7, ou seja , 60 % abaixo de 22 micrômetros e 40
% abaixo de 16 micrômetros , o que de terminou sua escolha como
padrão, embora os demais lotes não tenham most rado d i fe renças
s igni f ica t ivas de empacotamento , em relação ao padrão es tabe lec ido , o
que se deve ao caráter f ino, de larga fa ixa de d is t r ibuição das par t ícu las .
As amostras var iaram em 10 % em massa, uma em relação a outra ,
e as melhores , foram as amostras 7 e 8, cujo conjunto de dens idades
coincidi ram. A amostra 7 foi a escolhida , por apresentar o melhor
conjunto de densidade batida (4,55 g/cm3) e solta (3 ,57g/cm 3 ) , o que é
um indicio de um melhor empacotamento , segundo a l i te ra tura
(GERMAN, 1990; THUMMLER & OBERACKER, 1993).
4.1.3 Agentes dispersantes - d is tr ibuição do tamanho de
partículas.
Na preparação das amostras , foram usados os seguintes agentes
dispersantes : hexameta fos fa to de sódio, pol iacr í la to de sódio, Dispersai
130 R, Darvan n° 6 e Disper lan L., obedecendo a teor ia de potencial zeta
(BERGSTRÒM & PUGH, 1994). O ze tâmetro foi descar tado, pois os pós
aval iados t inham densidades altas, e tamanhos que excediam à
capacidade de análise do equipamento.
Para encontrar o agente dispersante adequado, fez-se uma mis tura
de água, agente dispersante e pó metál ico, onde procurou-se observar o
pH em que a mistura se es tabi l izava, mantendo as par t ículas em
suspensão por um maior intervalo de tempo. Assim, dentre os agentes , o
pol iacr í la to de sódio, foi o que apresentou a es tabi l ização de pH mais
rápida , e manteve por mais tempo o mesmo valor .
66
É importante sal ientar que, os agentes d i spersan tes , apresentam
resul tados em termos de dispersão. Contudo, somente a comparação entre
eles, permite uma aval iação mais consis tente , quanto ao maior grau de
dispersão. O melhor agente dispersante é aquele que mantém as
par t ículas bem dis t r ibuídas em um sistema pelo maior tempo poss ível .
Na determinação do tamanho de par t ículas , o Sedígrafo não
apresentou reprodut ib i l idade de resul tados , sendo tal técnica descar tada ,
pois é um processo muito demorado. A d is t r ibu ição do tamanho de
par t ículas foi caracter izada através de d i f raçâo de luz LASER, cu jos
resul tados apresentaram reprodut ib i l idade. Os ensaios eram refe i tos , a
fim de se obter conf iab i l idade nos resul tados.
O perf i l da dis t r ibuição do tamanho de par t ículas , se apresentou de
forma bimodal (Figura 10), o que segundo alguns autores (GERMAN,
1990; NYLUND et al. , 1995; CAI & GERMAN, 1995), leva a uma alta
densidade de empacotamento , revelando-se como um caráter pos i t ivo ,
para o processo de moldagem por in jeção a baixa pressão.
67
(%)
9 0 . 0
80.0
7 0 . 0
60,0
5 0 . 0
4 0 . 0
3 0 . 0
20.0
10.0
0.0 . 0.1 1.0 10.0 loo.o (jam)
Figura 10 - Dis t r ibuição de tamanho de par t ículas de pó de aço
inoxidável AISI 316 L, obtido via d i f r ação de luz LASER.
4.1.4 Tamanho médio de partícula e área de superf íc ie
específ ica
Uma vez ver i f icado que a morfo logia das par t ículas era e s fé r i ca ,
pode-se anal isar o tamanho médio de par t ícula , e cor re lac ionar com a
área de superf íc ie espec í f ica , obtida via BET, através da equação 1, o
que apresentou resul tados s imilares , most rando que os métodos Fisher e
68
BET tem uma boa correlação. Isto se deve à geometr ia es fé r ica dos pós
(veja tabela 7).
O valor da área de superf íc ie espec í f i ca , pode ser um bom
indicador da reat ividade dos pós. Pós es fér icos , com baixa rugos idade
superf ic ia l (asper idade) , apresentam um baixo teor de umidade , o que é
conf i rmado na tabela 7.
Tabela 7 - Caracter ís t icas f ís icas do pó de aço inoxidável AISI 316 L.
Dif ração BET-área de Fisher - Morfo log ia
Laser Umidade super f íc ie tamanho das par t ícu las
(um) (%) especí f ica médio de
(m2 /g) part ícula
(pm)
D,o = 1,85 0,04 0,092 8,24 es fé r ica
Dso = 8,25
D9o= 20,24
4.1.5 Teor de umidade
Os pós foram submetidos durante 4 horas, a uma tempera tura de
120 °C, a fim de medir o teor de umidade. Este é um impor tan te
parâmetro , para o processo de moldagem por in jeção, p r inc ipa lmente na
etapa de ret i rada do l igante, pois a água adsorvida , pode favorece r
l igações secundár ias , ou seja , pontes de h idrogênio , re f le t indo-se em
t r incas , empenamentos , etc. das peças durante a ext ração dos l igantes . O
teor igual a 0,04 %, ref le te baixa umidade, o que é a l tamente favorável
para o processo em questão.
69
4.1.6 Morfologia das partículas
A morfo logia foi carac ter izada , a través de microscopia e le t rônica
de varredura (MEV). Os pós produzidos por a tomização a gás, eram
cons t i tu ídos por par t ículas es fé r icas , o que pode ser conf i rmado a t ravés
de MEV (f igura 14). A principal vantagem de tal mor fo log ia , segundo a
l i teratura (GERMAN, 1990; THÜMMLER & OBERACKER, 1993) é a
homogeneidade e boa propr iedade de empacotamento , o que é favorável
para o processo MPI, por cont r ibui r , para evi tar a formação de vazios
nas peças in je tadas
Figura 11 - Microscopia e le t rônica de varredura de pós de aço
inox AISI 316 L a tomizados a gás most rando
morfologia tendendo a forma esfér ica .
70
4.1.7 - Densidade picnométrica
A densidade picnométr ica , regis t rada para a mostra resul tante da mis tura
foi;
Massa da amostra (M) = 60,974 g 1
!- =>Densidade(D) = 7,99 g / c m 3
Volume da amostra (V)= 7,631 cm J
Cons iderando que a densidade teórica do aço inoxidável AISI 316
3 L é de 7,9 g/cm , e tendo observado uma densidade p icnomét r ica de
3
7,99 g/cm , pode-se ver i f icar que os pós a tomizados à gás, em questão,
apresentaram uma porosidade nula, o que permit iu uma minimização de
efe i tos de contração, durante a s inter ização.
4.2 - Caracter ização de l igantes
A carac ter ização térmica é fundamenta l para se conhecer a fa ixa de
tempera tura de ut i l ização dos l igantes (WEST, 1990). No caso da
composição da massa, é importante observar a tempera tura de fusão dos
l igantes , que é determinado pelo DTA ou DSC. No caso da re t i rada dos
l igantes , a tempera tura de evaporação é que vai determinar o perf i l de
aquecimento do forno e pode ser obtido pelo TGA.
A anál ise via DTA, conforme mostrada na f igura 12, permi t iu
obter as temperaturas de fusão de cada const i tu inte orgânico. A
importância desta propr iedade f ís ica determinou a forma de mis tura dos
l igantes , ou seja , a ordem e quant idade de cada um. A tempera tu ra de
jwiSSAC ntí,;CKU et t fo thuu NUÜUAN/ÜP
71
homogeneização não pode ser superior á tempera tura de fusão , pois a
mesma d i f icu l ta a interação entre os l igantes , e entre estes e as
par t ículas , levando à segregação do l igante , cu jo ponto de f u s ã o se ja
mais elevado. Estes dados estão d isponibi l izados na tabela 5.
A molhabi l idade do pó pelo l igante depende, por tan to , da
tempera tura necessár ia , para que ocorra a mis tura dos l igantes , e da
in teração entre estes, e o pó metál ico. Isto torna-se necessár io , uma vez
que a pouca solubi l idade entre estes , pode levar a uma segregação quer
de ceras , quer do pol ie t i leno. Assim, em geral , a mistura dos l igantes
com o pó, mostrou-se ser uma etapa demorada, a qual de termina o
sucesso da in jeção.
Os pós metá l icos , contr ibuíram para a melhor d is t r ibuição té rmica ,
auxi l iando de maneira posi t iva, durante a fusão dos l igantes . Na f igura
12, pode-se observar as tempera turas de fusão dos cada l igante. A cera
microcr is ta l ina é a mais e levada, apresentando uma tempera tura de fusão
de 136 °C, e acima desta tempera tura , ver i f ica-se a degradação térmica
através de picos de t ransições endotérmicas e exotérmicas .
72
Figura 12. Anál ise te rmo-di fe renc ia l (DTA) dos l igantes u t i l izados no
processo.
Quanto a anál ise via te rmogravimétr ica (TGA), most rou-se um bom
indicador de temperatura de evaporação dos cons t i tu in tes orgânicos
( f igura 13). Com este ensaio, pode-se ver i f i ca r o in tervalo de
temperatura de perda de massa dos l igantes , e o residual de cada um após
o ensaio, permit indo assim ajuste de fornos , a fim de se obter um perf i l
térmico mais adequado, para a composição ut i l izada, no caso da etapa de
ret i rada de l igantes no processo de moldagem (f igura 4).
Uma das preocupações quanto à presença de res íduos , é a
poss ib i l idade destes al terarem a composição química do aço,
t rans formando- o de aços 316L, em aço 316, devido a presença de
73
carbono or iundo dos l igantes. Assim o TGA torna-se uma fe r ramenta
importante , para a previs ibi l idade de tempo de ext ração térmica.
Análise térmica de ligantes
0 100 200 300 400 500 600 700 Temperatura ( °Q
Figura 13. Anál ise te rmogravimétr ica (TGA) dos l igantes u t i l izados no
presente processo .
4. 3 Caracter ização reológica de massas
4.3.1 Composição da carga
In ic ia lmente , foram montadas 6 mis turas , a fim de se
encontrar a melhor relação metal / l igante, u t i l izando-se o método de
carga cr í t ica (GERMAN, 1990), conforme Figura 2.
74
Carga Crítica
9
8
~ 7 r»
1 6
2 5 0
T3 . (0 4 "
1 3 -o Q 2
1 i
0 • w a r
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Fração V o l u m é t r i c a d o Pó M e t á l i c o (%)
Figura 14 - Determinação de composição por carga cr í t ica
Cons iderando que, de acordo com a l i teratura , no pr imeiro desvio
s ign i f ica t ivo , encontra-se o ponto da composição da carga, o que de
acordo com a f igura 14, ocorreu a 70% da f ração volumétr ica do pó
metál ico e 30 % dos l igantes , tes tou-se uma primeira mistura à baixa
pressão, o que levou a resul tados negat ivos.
A partir daí , vários composições foram submet idas à inúmeros
ensaios , até chegar na relação 60 % de f ração volumétr ica do pó
metá l ico , e 40 % dos l igantes , ainda com resul tados não sa t i s fa tó r ios .
Fixou-se então tal composição, e montou-se 5 lotes, con fo rme
apresentado na Tabela 8, var iando-se apenas a f ração de l igantes .
75
Tabela 8 - Compos ições de cargas para in jeção em baixa pressão
(% em volume)
Aço Polietileno Parafina cera de Cera
inoxidável de baixa carnaúba microcristalina
Material AISI316L densidade
Lote 1 60 0 28 10 2
Lote 2 60 4 25,2 9 1,8
Lote 3 60 8 22,4 8 1,6
Lote 4 60 12 19,6 7 1,4
Lote 5 60 16 16,8 6 1,2
Dentro da porcentagem es tabelecida para os l igantes , ou se ja , 40 %
em volume, procurou-se variar a composição entre o pol ímero ut i l izado e
as ceras , tentando ot imizar as melhores condições para o processo de
moldagem por in jeção a baixa pressão. A l i tera tura apenas mostra as
fo rmulações para alta pressão, e a pouca l i tera tura exis tente para o
processo a baixa pressão, refere-se apenas a mater ia is cerâmicos .
Cada lote foi submetido a ensaios reológicos em três d i fe ren tes
reômetros , a fim de se determinar o equipamento mais adequado, e os
parâmetros necessár ios a obtenção de composições in je táve is . A
tempera tura de ensaio foi de 145 °C.
4.3.2 - Comportamento reológico de massa no lote 1
O lote 1 possuía uma composição de 60 % de pós metál icos e 40 %
de l igantes. Os l igantes eram const i tu ídos apenas pelas ceras, o que
76
s igni f ica que toda a lei tura obtida dos três reômetros , eram
essencia lmente advindas da ação destas.
Contudo, pode-se observar que a ausência de pol ie t i leno neste lote,
levou à produção de peças sem resis tência mecânica , p re jud icando a
manutenção da geometr ia destas , durante a ext ração dos l igantes.
No reômetro capilar (Figura 15), a massa do lote 1, por ter uma
grande quant idade de cera e ausência de pol ie t i leno, não apresentou
resul tados coerentes , visto que a ação da gravidade fazia com que as
ceras , na tempera tura de 145 °C, escorressem pelo capi lar antes mesmo
das medidas serem iniciadas. Foi necessár io reduzir a tempera tura para
95 °C, o que descaracter izou o processo, já que a l terou-se a t empera tura
de in jeção. Além disso, a ação das bolhas de ar apr i s ionadas durante a
descida do punção, resul tou em descont inuidades na medida, mos t rando
uma baixa sensibi l idade do equipamento para essa composição .
Neste reômetro foi ut i l izado um capi lar 1.0 de L/D = 20, para que
houvesse condições de lei tura. O pr imeiro e o úl t imo ponto, mostram um
possível e fe i to das bolhas de ar apr is ionadas , conforme já mencionado.
As descont inuidades da curva, com a quase sobrepos ição dos
pontos, são indícios de heterogeneidade da massa.
O des l izamento da mistura na parede é cons iderado como uma
grande fonte de erros nas medidas reológicas . Este fenômeno já foi
t ra tado por alguns pesquisadores (AGARWALA AND PATTERSON,
1992; LANTERI et al. , 1996 ) e uma das expl icações se deve ao fa to da
massa estar mais di luída próxima a parede do capi lar , do que no centro.
77
Reometria Capilar- lote 1
1 4 0 , .- . . . ,.... ... ... . .
S. i o o
£ 80 ra 2 60 (0
> 20
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Taxa de Cisalhamento (s~1)
Figura 15. Compor tamento da massa do lote 1, submet ido ao reômetro
capi lar Galaxy.
Em relação ao reômetro Haake, foi possível d is t ingui r um
compor tamento tendendo a pseudoplás t ico , embora esse reômetro tenha
pouca sensibi l idade para baixa v iscos idade, conforme observado na
Figura 16, pelas i r regular idades entre os pontos regis t rados pelo
equipamento . Houve aqui também a necess idade de baixar a tempera tura
(90 °C), para que houvesse poss ibi l idade de lei tura, o que o carac ter izou
como inadequado para as condições propostas .
As descont inuidades na curva, mostram uma massa pouco
apropr iada para in jeção com def ic iência de homogeneização da cera com
o pó.
78
Resul tados do reômet ro - HAAKE
0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 S 0 0 0
taxa de c isa lhamento (s-1)
Figu ra ló - Compor tamentodo da massa ensaiada no reômetro HAAKE
para o lote 1.
O reômetro de torque Brookf ie ld (Figura 17) mostrou um
compor tamento concordante com o Haake. A tempera tura do pr imeiro foi
maior (90 °C)em relação a este (85 °C), o que está de acordo com a
maior ação c isa lhante , mostrada pelo reômetro Haake.
As v iscos idades , mostram uma concordância nos va lores
( lembrando que ImPa.s = l cP) , entre as medidas do reômetro HAAKE e
o de Torque. As descont inuidades das medidas de v i scos idades ,
caracter izam uma massa pouco adequada para a in jeção.
79
reômetro de torque •viscosidade-lotel
o. o^ QT •o « TS '55 O o (/) >
3500 3000 2500 2000
1500 1000
500 0
0 10 20 30
taxa de cisalhamento(s-l)
Figura 17. Comportamento da massas ensaiadas no reômetro de torque
Brookfield para o lote 1.
4.3.3 - Comportamento reológico de massa no lote 2
O lote 2, cuja composição global (proporção de l igantes + pó) é a
mesma apresentada no lote anterior , apresentou um acréscimo de 10 % de
poliet i leno, cuja função, anter iormente descri ta , é dar resistência
mecânica ao corpo a verde.
Com o acréscimo de 10 % de poliet i leno à massa desse lote,
ver i f icou-se que apenas o reômetro de torque, apresentou uma resposta
mais adequada, uma vez que houve uniformidade nas leituras regis t radas
por este reômetro, na temperatura de injeção.
80
Em outras palavras, o reômeto de torque (Figura 18) mostrou
sensibi l idade de leitura, f rente aos demais, os quais mostraram
irregularidade e imprecisão.
2 0 0 0 0
18000
16000
£ 14000
^ 12000
" 10000 2 </> 8 0 0 0 •
reômetro de torque
2 0 0 0 0
18000
16000
£ 14000
^ 12000
" 10000 2 </> 8 0 0 0 •
2 0 0 0 0
18000
16000
£ 14000
^ 12000
" 10000 2 </> 8 0 0 0 •
2 0 0 0 0
18000
16000
£ 14000
^ 12000
" 10000 2 </> 8 0 0 0 •
2 0 0 0 0
18000
16000
£ 14000
^ 12000
" 10000 2 </> 8 0 0 0 •
2 0 0 0 0
18000
16000
£ 14000
^ 12000
" 10000 2 </> 8 0 0 0 •
2 0 0 0 0
18000
16000
£ 14000
^ 12000
" 10000 2 </> 8 0 0 0 • —
.2 6 0 0 0 • > 4 0 0 0
2 0 0 0
0
.2 6 0 0 0 • > 4 0 0 0
2 0 0 0
0
.2 6 0 0 0 • > 4 0 0 0
2 0 0 0
0
.2 6 0 0 0 • > 4 0 0 0
2 0 0 0
0
.2 6 0 0 0 • > 4 0 0 0
2 0 0 0
0 S 10 15 2 0 2 5 3 0
taxa de c (sa lhamento(s -1 )
Figura 18 - Comportamento da massa ensaiada no reômetro de torque
Brookfield - lote 2.
O reômetro HAAKE (Figura 19) demonstrou, que na temperatura de
injeção (145 °C), não há possibi l idade de obter-se uma boa lei tura, o
que o torna inadequado para este fim, e portanto, não favorece a
comparação entre os três reômetros, sob as mesmas condições de
temperatura.
iÜMISSAÜ NAÜÜN01 DE ENtHÜIA N U C l E A N / S T irr_.
81
renrrrtro HVMsE- kite 2
O 2DG0 4000 6C00 8000 1C00D 12D0D
taradedsdhamsic^-l)
Figura 19- Comportamento da massa ensaiada no reômetro HAAK.E para
o lote 2.
Quanto ao reômetro capilar (Figura 20), este apresentou um
comportamento mais próximo do esperado, apesar da presença de pontos
destoantes e sobrepostos, provavelmente devido à presença de bolhas na
massa.
82
Resultados da Reometria Capilar-lote 2
0 100 200 300 400 500 600 Taxa de Cisalhamento (s )
Figura 20 - Comportamento da massa ensaiada no reômetro capilar
Galaxy para o lote 2.
4.3.4 - Comportamento reológico de massa no lote 3
No lote 3, o poliet i leno representou 20 % da quant idade total de
ligantes presentes na massa, o que garantiu a manutenção da geometria
das peças.
A homogenidade da massa foi atingida num tempo menor, além da
composição ter favorecido a ausência de bolhas, durante a injeção das
peças. Ainda, neste lote, foi possível observar um aumento da
viscosidade da massa, em relação ao ocorrido nos lotes 1 e 2, graças a
ação do poliet i leno, que apesar de estar em menor quant idade em
relação às ceras, teve uma influência mais contundente na massa.
No reômetro Capilar (Figura 21), as anál ises foram fei tas em
temperaturas de 140 °C. As i rregular idades registradas durante o ensaio
denota que, apesar da quantidade de poliet i leno, essa composição
apresentou viscosidade abaixo da sensibi l idade do equipamento.
83
As med idas ob t idas no reômet ro de Torque B r o o k f i e l d (F igura 22)
ap resen ta ram um compor t amen to l inear , com uma d i s t r i bu i ção mais
homogênea , sem que houvesse necess idade de va r i ação de t e m p e r a t u r a de
ensa io (145 °C).
vis
co
sid
ad
e(c
P)
Resultados do reômetro termocel
• viscosidade Lote3
vis
co
sid
ad
e(c
P)
vis
co
sid
ad
e(c
P)
vis
co
sid
ad
e(c
P)
• — •
vis
co
sid
ad
e(c
P)
vis
co
sid
ad
e(c
P)
vis
co
sid
ad
e(c
P)
vis
co
sid
ad
e(c
P)
vis
co
sid
ad
e(c
P)
3 10 15 20 25
taxa de cisalhamento(s-l)
Figura 22 - C o m p o r t a m e n t o do reômetro de to rque Brook f i e ld
para o lote 3.
84
Para a real ização do ensaio no reômetro HAAKE (Figura 23),
houve a necess idade de baixar a temperatura da mistura , reve lando que
tal equipamento necessi ta de al tas taxas de c i sa lhamento , o que o
descarac ter izou , para as condições do processo de moldagem.
Figura 23 - Compor tamento da massa ensaiada no reômetro
HAAKE - lote 3.
4.3.4 - Comportamento reológico de massa no lote 4
Neste lote, cuja presença de pol ie t i leno foi da ordem de 30
%, a mistura do pó metál ico com os l igantes demandou um tempo maior
85
em relação aos demais , para sua mistura total , conf i rmando a ação do
pol ie t i leno no aumento da viscosidade.
Pode-se ver i f icar que, apesar do reômetro capi lar não ter t ido
sens ib i l idade para medir amostras com elevadas quant idades de cera,
como no caso dos lotes 1, 2 e 3, neste caso apresentou um
compor tamento mais próximo do ideal , graças à sua capacidade de medir
alta v iscos idade.
Em outras palavras , o reômetro do t ipo Capi lar (Figura 24) não
pode t rabalhar em temperaturas em torno de 145 °C, que é a tempera tura
de in jeção da massa, pois o efe i to da gravidade e aquec imento das
paredes , fazia com que a cera escorresse , não permi t indo le i turas
corre tas pelo aparelho. Assim, foi necessár io ut i l izar t empera turas mais
baixas de t rabalho (90 °C), o que levou a altas taxas de c i sa lhamento .
Resultados da Reometria Capilar-lote 4
250
200
£ 150 0
1 100 V) o
| 50
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Taxa de Cisalhamento (s'1) Figura 24 - Compor tamento da massa ensaiada no reômetro Capi lar
Galaxy para o lote 4.
86
Apesar dessa composição conter 30 % de pol ie t i leno de baixa
dens idade , o mesmo não contr ibuiu para que houvesse le i tura do
reômetro HAAKE, havendo a necess idade de baixar a tempera tura para
100 °C , o que pode ser conf i rmado pelas altas taxas de c i sa lhamento ,
regis t radas na f igura 25.
reômetro capilar-HAAKE
f 5
0
2000 4000 6000 8000 taxa de cisai hamento(s-1)
10000
Figura 25 - Compor tamento da massa ensaiada no reômetro HAKE
para o lote 4.
Quanto ao reômetro Termocel l , pode-se real izar o ensaio dentro
das condições exigidas pelo processo de in jeção , o que s ign i f icou a
manutenção da temperatura próxima às condições de t rabalho da in je tora
87
(140 °C). Através da Figura 26, pode-se observar um compor tamento de
dis t r ibuição dos pontos, prat icamente homogênea.
Reômetro de torque
Q. u, af T3 «j ;o <75 o o ifí
• >
•viscosidade-lote4
10 15 20 25 30
taxa de cisaihamento(s-1)
Figura 26: Comportamento da massa ensaiada no reômetro de torque
Brookfiel para o lote 4.
4.3.2.5 - Comportamento reológico de massa no lote 5
A quantidade de poliet i leno desta mistura foi de 40 %, o que
certamente inviabil izou a massa, devido à alta viscosidade. Deve-se
ressal tar que, apesar dos pós metálicos auxiliarem a dis t r ibuição térmica,
atuando no sentido da sua homogeneização da massa, mesmo assim não
foi possível a produção de massas.
Este lote se caracterizou por um comportamento de alta
viscosidade, mesmo em temperaturas mais elevadas, (165 °C)
88
imposs ib i l idade de mistura dentro da in je tora , excedendo as condições de
in jeção , tais como temperatura , pressão e rotação.
Diante das condições acima descr i tas , o lote foi descar tado.
4.4 Estudo reológico de um sistema considerado injetável
4.4.1 Caracterização reológica
A part i r dos resul tados anter iormente apresentados , montou-se uma
composição de massas que se s i tuasse entre os lotes 2 e 3, em cu ja
composição , o pol ie t i leno par t ic ipou com 15 % dos l igantes. Pode-se
ver i f icar que o melhor compor tamento tende, na re lação v iscos idade
versus taxa de c isa lhamento, a uma f igura do tipo hipérbole equi lá te ra , o
que ju s t i f i ca a escolha entre os lotes ci tados. A compos ição da carga (pó
+ l igante) a ser in je tada se encontra na tabela 9.
Tabela 9 - Composição da carga in je tada para pós metá l icos f inos .
Matéria-prima Quantidade (% em volume)
Aço inox AISI 3 16 L 60
Pol ie t i leno 6
Carnaúba 8,5
Para f ina 23,8
Cera microcr is ta l ina 1,7
A carac ter ização reológica real izada mostrou um compor tamento
pseudoplás t ico , ou seja , a viscosidade diminuiu com a taxa de
89
c isa lhamento , o que é favorável para o processo de moldagem por
injeção. Ainda, a viscosidade em função do tempo, mostrou um
compor tamento t ixot rópico , mostrando que esses eventos não são
excludentes . Tal resul tado está de acordo com a l i teratura (GERMAN &
BOSE, 1997) ( f iguras 27 e 28), e com os resul tados obt idas das anál i ses
e fe tuadas pelo reômetro de torque Broockf ie ld DVI1 - UFRGS.
viscosidade vs tempo
600 —í i — — i i i , 0,5 1,0 1,5 2.0 2,5 3,0 3.5 4,0 4,5
tempo (min)
Figura 27 - Compor tamento da massa ensaida num reômetro de
torque- Brookf ie ld DVIII -IPEN.
90
Viscosidade vs taxa de cisalhamento
940 920 900 880 860
— 840 % 820
V 800
1 2
780 760
> 700
620 600
• L ;
: í
! :
[
16 20 24 28 32 36 40 44 48
taxa de cisalhamento ( s-1 )
Figura 28 - Compor tamento da massa ensaiada no reômetro de
torque Brookf ie ld DVIII-IPEN.
4.5 Injeção de peças
Após as anál ises reológicas , fez-se in jeções em pressões de 0,5,
0,6 e 0,7 MPa, em tempera turas var iando entre 130 e 150 °C. Os
resul tados podem ser observados na f igura 29.
(MISSÃO NACIGNAL LE ENtHGIfl NUCLEAH/5P »«>
91
Figura 29 - Peças in je tadas mostrando defe i tos de in jeção tais como
t r incas e preenchimento incompleto do molde.
As melhores condições foram f ixadas em 145 °C, e 0,7 MPa de
pressão, revelando boas condições de injeção. Isto pode ser conf i rmado
pela geometr ia bem acabada das peças produzidas , cuja es t ru tura não
apresentou tr incas, bolhas ou empenamentos , conforme mostra a f igura
30.
92
Figura 30 - Peças isentas de defe i tos , mostrando d i fe ren tes geometr ias .
Na remoção dos l igantes, foram usados processos t e rmo-qu ímicos
(nos quais a peça à verde fica submetida ao heptano aquecido em torno
de 50 °C) e térmico, onde as peças são submet idas a um baixo vácuo.
Na remoção térmica ut i l izou-se leito de a lumina, o que contr ibui
para a manutenção da geometr ia das peças e também auxi l ia a remoção
do l igante via capi lar idade.
Quanto às propr iedades mecânicas destas peças, foram
acompanhadas através de ensaios de dureza e dens idade , até t empera turas
próximas a da s in ter ização (1200 °C), conforme i lus t rado na tabela 10.
93
Tabela 10 - Evolução de densidade e dureza em várias tempera turas
próximas a de s inter ização.
Temperatura
(°C)
900 1000 1100 1200
Densidade
(g/cm 3 )
4,704 5,420 5,616 5,912
Dureza (HB) 53 77 116 151
Embora o presente t rabalho não obje t ivasse o conhec imento da
etapa de s in ter ização, esta foi real izada conjuntamente com os ensaios de
dureza, no sent ido de acompanhar a evolução das propr iedades
mecânicas . O compor tamento da densidade e dureza, mostraram que as
massas respondiam posi t ivamente ao processo de s inter ização.
Os resul tados da tabela 10 conf i rmam, através da evolução da
densidade e dureza dos corpos submetidos em tempera turas ascendentes ,
que os dados do reômetro de torque modelo Brookf ie ld , foram conf iáve i s
para predizer a viabi l idade do uso da massa propos ta , no processo de
moldagem por in jeção de pós metál icos a baixa pressão. A f igura 31,
mostra peças a verde e s inter izadas , e a f igura 32 mostra mic rogra f ias de
peças s inter izadas , ressa l tando uma microporos idades homogênamente
d is t r ibuída pela amostra.
Figura 31. Peças in je tadas em baixa pressão: s in ter izada
e a verde
Figura 32. Micrograf ia ópt ica de amostras s in ter izadas ,
de massas const i tu ídas de pós abaixo de
20| im, inje tada a baixa pressão.
95
PARTE B- SISTEMAS HETEROGÊNEOS CONSTITUÍDOS DE PÓS
GROSSEIROS ( inferior a 45 jim).
Par t indo de 2 lotes a leatór ios de pós grossei ros , um a tomizado a
gás e outro a água, submeteu-se tais lotes à seleção de par t ículas , a t ravés
de peneiras de malhas de 325, 400 e 500 #.
Tal procedimento foi repet ido várias vezes, até se obter de ambos
os lotes, par t ículas de tamanhos infer iores a 45 pm, porém conservando
as mesmas d is t r ibuições e compor tamentos entre si.
4.6. Caracter ização f ís ica das part ículas
A tabela 11 mostra caracter ís t icas f í s icas dos pós a tomizados à água,
e a gás . A morfo logia es fér ica do pó atomizado a gás, tende a valores do
FSSS (Fisher Subsieve Sizer) próximos de dso, de te rminado pelo
granulômetro CILAS. Assim, durante a seleção dos pós a tomizados , a
gás e a água, as anál ises via CILAS e via FSSS, foram rea l izadas
con jun tamente , a fim de assegurar que a d is t r ibuição de tamanho de
par t ículas fossem semelhantes .
96
Tabela 11 - Caracter ís t icas f ís icas dos pós de aço inoxidável AISI
316L atomizados a gás e a água.
dlO Densidade Teor de FSSS BET
d50 p icnométr ica umidade
Pós d90
(pm) (g/cm3) (%em peso) (jiim) (m 2 /g)
19
Atomizados a 36 7,85 0,13 15,8 0,102
água 58
12
Atomizados a 27 7,89 0,022 21,3 0,039
gás 43
A umidade foi mais alta para os pós a tomizados a água, do que para
os pós a tomizados a gás, devido à rugos idades super f ic ia i s , o que pode
favorecer l igações químicas secundár ias , do t ipo pontes de h idrogênio
com os l igantes. Esta consideração pode expl icar a d i f i cu ldade na
ret i rada dos l igantes , quando ut i l izado pós sem uma prévia secagem; o
que ref le t ia em geral no aparec imento de t r incas , e empenamentos nas
peças metál icas , durante a s inter ização.
Pode-se ainda, corre lacionar a umidade com a geometr ia dos pós, ou
seja , pós a tomizados a água apresentam umidade mais e levada. Isto pode
ser um parâmetro de aval iação prévia, num pr imeiro momento de
composição de carga.
O tamanho médio de part ícula obtido por FSSS e a área de super f íc ie
espec í f ica obtida pelo método de BET, foram corre lac ionados pela
equação 1. O método FSSS mostrou que, pode ser usado como um
97
controle de processo, pela medida do diâmetro médio de par t ícula ,
quando da carac ter ização dos pós, devido ao fa to de ser mais bara to e
mais rápido, que o método BET.
A densidade pícnométr ica serviu para avaliar a poros idade fechada
dos pós, pois ela pode agir negat ivamente , durante a s in te r ização das
peças de metal obtido por MPI.
O pó metál ico que apresentou maior densidade p icnométr ica , e
consequentemente menor porosidade fechada, foi o pó a tomizado a gás,
conforme demostrado na Tabela 11 .
As f iguras 33e 34 i lustram a dis t r ibuição de tamanho de par t ículas ,
para os pós a tomizados a água e a gás, respec t ivamente . Foi poss ível
observar uma pequena f ração de tamanho de pós abaixo de 10 |j.m.
Também um comportamento estrei to e monomodal , pode ser cons ta tado
para ambas os pós, o que de acordo com a l i tera tura (GERMAN & BOSE,
1997; CAI & GERMAN, 1994), não é favorável para se ter um nível al to
de empacotamento de par t ícula , no processo MPI.
98
Figura 33 - Dis t r ibu ição do tamanho de par t ículas de pós de aço
inoxidável AISI 316 L a tomizado a água
Para anal isar a d is t r ibuição de tamanho de par t ícula , a t ravés de
d i f ração de luz LASER, foi necessár io encontrar-se um bom agente
d ispersante , como já descri to. Este fenômeno é regido pelos e fe i tos
e lé t r ico , es téreo e es téreo-e lé t r icos (LASKOWSKI & PUGH, 1992).
99
Também para os pós grosseiros , os melhores resul tados foram obt idos
com o uso de pol iacr í la to de sódio.
Figura 34. Dis t r ibuição do tamanho de par t ículas de pós de aço
inoxidável AISI 31L atomizados a gas.
As f iguras 35 e 36 (micrograf ía e le t rônica de var redura) most ram a
morfo log ia dos pós a tomizados. As par t ículas a tomizadas a água ( f igura
35) são i r regulares e mostram asper idades em sua super f íc ie , que
contr ibuem para d i f icul tar o penei ramento , e também aumentam o atr i to
inter par t ículas , levando a uma viscosidade de mis tura meta l -po l ímero
mais alta.
100
Figura 35- Micrograf ia e le t rônica dos pós a tomizados a água
mostrando super f íc ies i r regulares .
A topograf ia das par t ículas de pós a tomizadas a gás, é ( f igura 36)
bastante lisa e de geometr ia es fé r ica , os quais contr ibuem de modo
posi t ivo, favorecendo a in jeção, e superando os pontos negat ivos , como o
fato de ser monomodal , e possuir par t ículas acima do tamanho
recomendado pela l i teratura (ZAMPIERON, 2001; GERMAN, 1990;
NYLUND et al i , 1995).
SSAO NACXNM C F . f c N t H G I A N U C L E A H / S P
101
Figura 36. Micrograf ia de pós de aço inoxidável AISI 316 L
a tomizados a gás, mostrando super f íc ie lisa e geometr ia
tendendo a esfér ica .
A área de superf íc ie especí f ica para as par t ículas a tomizadas a água,
é bem mais alta do que para as a tomizadas a gás. A forma esfér ica das
par t ículas a tomizadas a gás, diminui a área de superf íc ie espec í f i ca , o
que denota uma menor capacidade de retenção de umidade, favorável ao
processo MPI.
4.7 - Caracter ização reológica das massas const i tuídas de pós
metálicos inferior a 45 ^m atomizados à gas e a água
A figura 37 mostra a var iação da v iscos idade em relação a taxa de
c isa lhamento . É possível observar que, para a mistura contendo pós
102
atomizados a água, há uma maior v iscos idade em relação aos pós
a tomizados a gás, o que se deve a geometr ia i r regular destes pós, os
quais exibem asper idades na sua superf íc ie , sendo estas responsáveis
pelo aumento de atr i to entre as par t ículas .
Foi repor tado por GERMAN (1990) , que as asper idades da super f íc ie
da par t ícula , têm uma inf luência muito pequena na v iscos idade de massas
ut i l izadas no processo MPI. Segundo este autor , a geometr ia da
par t ícula , tem um efe i to mais preponderante na dens idade de
empacotamento e na viscosidade.
Durante a obtenção dos resul tados , pode-se observar que para
par t ículas grosseiras ( tamanho de part ículas abaixo de 45 ^m) , a
geometr ia e a rugosidade da superf íc ie dos pós, passam a ter uma ação
con jun ta , colaborando com o aumento da v iscos idade.
Figura 37 - Compor tamento reológico das misturas provenien tes
de massas ( " feeds tocks" ) const i tu ídas de pós
a tomizados a gás e a água
103
A mistura contendo pós a tomizados a água, manteve um
compor tamento pseudoplas t ico por um curto in tervalo de tempo, devido a
baixa capacidade das par t ículas , de se manter em uma mis tura
homogênea , decorrente da elevada segregação dos pol ímeros pelas
par t ículas . Tenta t ivas foram fe i tas para a correção da f ração de l igantes ,
e não houve condições de se reverter a he terogeneidade na massa, sem
que isto a fe tasse as propr iedades reológicas requeridas .
Para as misturas const i tu ídas de pós a tomizados a gás, o
compor tamento pseudoplás t ico foi mant ido por um tempo maior , e as
medidas mostraram-se mais l ineares , s ign i f icando que a massa
apresentou-se mais homogênea. Ambos as massas foram ensaiadas a
148 °C.
Através das pequenas var iações apresentadas pelos pontos na curva
de v iscos idade versus taxa de c isa lhamento , foi possível fazer a correção
da f ração de l igantes , durante o processo de in jeção da massa, até
at ingir-se o compor tamento desejado, ou seja pseudoplás t ico .
A per turbação ver i f icada através da s inuos idade na curva de var iação
da v iscos idade versus taxa de c isa lhamento, para a massa cons t i tu ída de
pós a tomizados a água, mostra que é contra producente o uso de tal
mistura no processo MPI. A alta quant idade de l igantes u t i l izados para
a tenuar tal e fe i to , u l t rapassou o l imite cr í t ico suger ido em l i te ra tura , ou
seja , até 45 % em volume de l igantes (GERMAN, 1990; ZAMPIERON,
2 0 0 1 ) .
Tal per turbação ver i f icada no compor tamento reo lógico da massa
(água) , foi devido á cont r ibuição das asper idades super f i c ia i s ,
jun tamente com uma dis t r ibuição monomodal , e es t re i ta de par t ículas .
Foi também observado um tamanho médio e levado, cr iando uma grande
res is tência das par t ículas , perante sol ic i tações do tipo c isa lhante .
104
A composição const i tu ída de pós a tomizados a gás, apresentou
melhor homogein ização , devido a forte cont r ibuição da geometr ia
es fé r ica , o que superou as desvantagens da d is t r ibuição es t re i ta dos pós,
e e levados tamanhos médios de par t ículas , fazendo com que o
compor tamento pseudoplás t ico fosse mantido.
4.8 - Sinterização e propriedades mecânicas
A sinter ização foi real izada a temperatura de 1250 °C por uma hora
con jun tamente com a ret irada dos l igantes , como no caso dos pós f inos .
Pode ser observado que o nível de porosidade elevada contr ibuiu para a
d iminuição de tempo desta etapa (4 horas).
A densidade registrada foi de 6,1 g / c n r , e uma dureza de 157 HB,
o que denota que apesar da alta porosidade, o s in ter izado exibe
propr iedades mecânicas sa t i s fa tór ias , para sua ut i l ização como f i l t ros , ou
onde a alta porosidade não comprometa a sua apl icação. A f igura 38,
ressal ta macroporos idades na peça, d is t r ibuida de forma heterogêna.
Figura 38. Micrograf ia óptica de amostra s in ter izadas de massas
const i tu ídas de pós grosseiros a tomizados a gás, e
in je tadas a baixa pressão.
105
4.9 - Considerações f inais
Um dos itens que del ineou o sucesso do presente t rabalho , foi a
metodologia para encontrar o agente dispersante . Em alguns casos como
o BET, foi pedido ajuda para os fabr icantes a fim de determinar meios de
anál ise para pós metál icos. O zetâmetro e o phâmetro também
demandaram muito tempo para a jus tes de condições .
Quanto á caracter ização reológica , foi necessár io conhecer outros
equipamentos , cujo objet ivo era encontrar concordância entre seus
resul tados. Assim, através de t ra tamento dos dados provenientes dos
d i fe ren tes equipamentos , pre tendia-se encontrar equiva lênc ia , que
levasse a possíveis conf i rmações entre os resul tados dos d i fe ren tes
equipamentos , o que não foi constatado.
Segundo MACOSKO, (1994) , é possível encontrar coerência nas
medidas obt idas por d i ferentes reômetros. Cada reômetro apresentou , no
entanto , caracter ís t icas dis t intas , quanto a de te rminação do
compor tamento reológíco.
Tal , no entanto, não foi observado nos resul tados obt idos pelos
reômetros ut i l izados no presente t rabalho. Isto se deve ao fa to , de não se
poder t ratar a mistura aqui produzida , como um sistema homogêneo , o
que estar ia de acordo, com a observação fe i ta por outros pesquisadores
(ROSNER et al. , 1992).
Nos resul tados obt idos de cada reômetro, pode-se ve r i f i ca r que
nem todos os equipamentos são sensíveis à detecção de v iscos idade
muito baixa. Isto se deve ao fato de que as carac ter í s t icas de cada
equipamento , é determinada pela sua concepção de pro je to , no que diz
respei to a sua parte mecânica , e létr ica e e le t rônica.
106
5- CONCLUSÕES
5.1 Quanto às caracter izações f í s icas de part ículas
• O tamanho médio de par t ículas , de terminado pelo método
FISCHER, e a área de superf íc ie de terminada pelo BET,
re lac ionados pela equação 1, podem ser cor re lac ionados com o àso
da d is t r ibuição de tamanho de par t ículas , quando se trata de pós
a tomizados à gás de d is t r ibuição monomodal , t endendo a uma
curva Gaussina. O mesmo não se ver i f i cando , para pós a tomizados
a água, e para curvas que tendem ao compor tamento bimodal .
• O baixo teor de umidade das par t ículas , está d i re tamente
re lac ionado à caracter ís t icas como: geometr ia es fé r ica , pouca
rugosidade e menor área de superf íc ie .
• A técnica de d i f ração de luz LASER, na de te rminação da
d is t r ibuição do tamanho de par t ículas , most rou-se super ior à
técnica via raio X, devido à rapidez de execução dos ensaios .
• O método de determinação de melhor agente d ispersante , most rou-
se e f ic ien te via phmetro, já que as par t ículas excediam em tamanho
e densidade, para sua ut i l ização no zetâmetro.
107
.2 Quanto à caracterização reológica das massas.
O sis tema HAAKE (capi lar ) apresentou vantagens na
homogeneização da massa, e desvantagens para as medidas
reológicas em composições de baixa v iscos idade , o que pode ser
observado pelas per turbações , e d is tâncias entre as medidas .
O reômetro capilar mostrou-se inadequado para massas p roduz idas
para o processo de moldagem por in jeção a baixa pressão, devido a
grande quant idade de ceras, o que inf luenciou negat ivamente na
reprodut ib i l idade de resul tados.
Ver i f icou-se que as l i teraturas exis tentes (GERMAN, 1990) não
apresentam composições para baixa pressão, e sim para o processo
de alta pressão.
O reômetro de torque, t ipo Brookf ie ld aquecido pelo s is tema de
res is tência elétr ica ( termocel) , apresentou maior cons is tênc ia em
medidas , em relação aos outros reômetros , o que pode ser vis to
pela pouca, ou nenhuma per turbação nas curvas. As d is tânc ias
entre as medidas estão bem dis t r ibuídas , o que é um indício de que
a melhor composição, realmente se local iza entre os lotes 2 e 3.
Neste equipamento , os exper imentos puderam ser acompanhados
através de observação direta , no decorrer dos ensaios , o que os
outros reômetros não permitem.
A corre lação entre as medidas dos reômetros capi lar , HAAKE e de
torque ( termocel) não é possível , devido a possuí rem his tór ias
d i ferentes , o que está re lac ionado com suas partes mecânicas ,
e létr ica e e le t rônicas , permit indo algumas vezes, que suas medidas
sejam próximas, porém nunca iguais.
108
• O compor tamento reológico das massas, mos t ra ram que a
composição ideal tendem para uma curva (v iscos idade versus taxa
de c isa lhamento) do tipo hipérbole equi lá tera .
• Para o sis tema de l igantes aqui u t i l izado, a quant idade ót ima de
pol ímeros se situa na fa ixa entre 10 e 20 % do total dos l igantes , o
que denota que o processo MPI a baixa pressão, tem alta
dependência das ceras.
109
.3 Quanto ao sistema heterogêneo const i tuído de pós f inos
atomizados a gás ( inferior a 25 fim).
É recomendado, antes de misturar os pós f inos com l igantes
orgâncios , um aquecimento dos mesmos por 4 horas a 120 °C, o
que pode levar o teor de umidade para ordem de 10"2 %. Isto pode
contr ibuir , para as anál ises de densidade p icnométr ica e para a
provável redução de l igações secundár ias , as quais pode a fe ta r a
parte mais crí t ica do processo que é a extração do l igante .
A a lumina mostrou-se muito e f ic ien te na redução do tempo, na
etapa de extração de l igante, e também na manutenção da forma até
s inter ização.
A correção de compor tamento para o pseudoplás t ico , pode ser
acompanhado de forma dinâmica durante o processo, fazendo-se
s imples medidas de densidades. Hete rogene idades da massa
durante a in jeção , podem ser ve r i f i cadas a t ravés de
descont inuidades na análise reológica .
A moldagem por in jeção a baixas pressões , apresenta-se como um
processo pra t icamente isento de perdas, pois as peças a verde,
podem ser reaprovei tadas através de correções de massa e
re in je tadas . Isso vai ref le t i r num custo muito baixo do processo .
A in jeção a baixa pressão, apresenta condições de t rabalho mui to
es t re i ta em relação a tempera tura , pressão de in jeção e compos ição
dos l igantes , mas os custos compensam tais d i f icu ldades .
Nos testes pre l iminares , embora o heptano tenha se most rado
e f ic ien te na ret i rada via te rmo-química , devido ao caráter polar ,
110
foi escolhida a re t i rada via térmica, ass is t ida por capi la r idade por
questões ambientais .
,*SA0 NAGCNÍ-V OF ENÉHBIfl N U C L f A H / S P « t *
I l l
Sistemas heterogêneos const i tuídos de pós grosse iros (abaixo
de 45 |im) atomizados a gás e a água.
A massa const i tu ída de par t ículas a tomizadas a água, apresen tou
maior d i f icu ldade de homogeneização da mistura metal-
pol ímero. Mesmo ut i l izando uma alta f r ação volumétr ica de
pol ímeros , a fim de reduzir os e fe i tos de sua geometr ia , que
leva ao aumento da v iscos idade, não houve poss ib i l idade de
in jeção.
Apesar dos pós a tomizados a gás terem par t ículas acima de 25
jam, a contr ibuição da geometr ia ( tendendo a es fé r ica ) superou
as desvantagens representadas pela sua d is t r ibuição es t re i ta e
monomodal . A predominância de ceras, em relação ao
pol ie t i leno, mostrou-se um fa tor decis ivo no tocante a
in je tab i l idade da massa.
O resul tados obt idos pelo anal isador Fisher , para pós abaixo de
45 jam, a tomizados a gás, assim como os pós f inos , também
apresentaram uma boa corre lação, com os resul tados obt idos por
BET, através do uso da equação (1). Isto torna o anal i sador
Fisher , um importante ins t rumento de anál ise de controle de
processo, devido o curto tempo de anál ise , e o ba ixo custo
quando comparado ao método BET.
Para a anál ise da d is t r ibuição do tamanho de par t ículas de pós
de aços inoxidáveis AISI 316, por d i f r ação de luz LASER, o
pol iacr i la to de sódio mostrou-se ser um ef ic ien te agente
d ispersante , mesmo para os pós grosseiros .
A obtenção de peças mostra a v iabi l idade do uso de pós
112
grosseiros . Apesar de exibir uma baixa dens idade , é possível
sua ui l ização em ambientes onde tal condição não seja um fa tor
determinante .
113
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Briefs , vol. 3, n . l , 2001, pp. 14-17.
SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS
1- Composição de cargas u t i l izando pol ímeros apolares
2- Comparação da etapa de ret i rada de l igantes entre as vias termo-
químicas , térmica e assis t ida por alumina
3- Aval iação de mercado em relação ao processo de moldagem de pós
por in jeção a baixa pressão.
4- Estudo do processo de moldagem de pós a baixa pressão ut i l izando
geometr ias complexas
5- Estudo da ação de d i ferentes l igantes na etapa de ret i rada de l igantes
c "SSAO NACiljNfi. Of ENtHGIA NUCLEAR/SP *r t>
.CSD m C T M!n;s,e'i0 I M V B M I ID&n 9 H ! ? C i é f e I FEDERAI I SE£5£ BRASIL Tecnologia ItabaMndoamtodooBraatt
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares Av. Pro f . L i n e u Pres tes , 2242 - C idade Un ive rs i tá r ia - C E P 05508-000
Fone (0XX11)3816-9000 - Fax (0XX11) 3812-3546 S Ã O PAULO - São Pau lo
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associada à Universidade de 3 k Paulo para fins da dftslno da Pós-Graduaçio.
