Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO
Engenharia e Ciência de Materiais (33009015080P8)
EFEITO DO TEMPO DE MOAGEM E DO TRATAMENTO TÉRMICO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE COMPÓSITOS DE MATRIZ DE ALUMÍNIO AA6061 REFORÇADOS POR NANOTUBOS DE CARBONO DE PAREDES MÚLTIPLAS
GEOVANA VILAS BOAS GUEDES
DISSERTAÇÃO
28/02/2018

Os nanotubos de carbono vêm sendo considerados muito promissores como reforços de materiais compósitos de matriz de liga de alumínio, porém sua dispersão na matriz metálica apresenta desafios, como dificuldade de se obter uma dispersão homogênea dos CNT (Carbon Nanotubes) na matriz, bem como a manutenção da sua integridade durante as condições de processamento. Além disso, a adição de CNT pode alterar o ciclo de tratamento térmico de ligas endurecíveis por precipitação. Esse trabalho buscou analisar a influência do tempo de moagem e do tratamento térmico nas propriedades mecânicas de compósitos de matriz de liga de alumínio AA6061 reforçados por nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT – multi walled carbon nanotubes). Os compósitos foram previamente fabricados pela rota da metalurgia do pó: moagem de alta energia (6 e 10 horas) seguida da consolidação por extrusão direta à quente. Foram adicionados MWCNT em condições distintas: não tratados, funcionalizados em banho ácido e funcionalizados e decorados com Ag, em porcentagens de 1, 2 e 4% em peso. Também foram produzidas amostras sem adição de reforço para efeitos de comparação. As amostras dos compósitos foram analisadas nas condições como extrudado (AE – as extruded), T4 e T6. O tratamento térmico foi realizado segundo a norma SAE AMS 2772E. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de tração, compressão e microdureza Vickers. A microestrutura dos compósitos foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e difratometria de raios-X (DRX). MET de alta resolução (MET-AR) e espectroscopia Raman foram utilizados para avaliar a presença e integridade dos MWCNT. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utlizada para análise da fratura. Para o tempo de moagem de 6 h, a adição de MWCNT não proporcionou efeitos significativos se comparada à amostra sem reforço. Entretanto, quando o tempo de moagem foi de 10 h, a adição de MWCNT resultou em um aumento expressivo nas propriedades mecânicas quando comparada às amostras sem reforço ou com 6 h de moagem, sendo esse aumento em função da quantidade de MWCNT adicionada. O aumento nas propriedades mecânicas se deve à microestrutura extremamente refinada das amotras com 10 h de moagem. O incremento nas propriedades mecânicas se deve também à presença de MWCNT, que com o maior tempo de moagem estariam melhor dispersos na matriz. Espectroscopia Raman e MET-AR indicaram a presença de MWCNT nos compósitos. Em relação ao potencial de endurecimento, o tratamento térmico não trouxe o endurecimento adicional esperado, devido às alterações no ciclo de tratamento térmico recomendado para a liga convencional. Além disso, há indícios que o Mg estaria sendo consumido para formar outro composto ao invés do precipitado endurecedor Mg 2 Si. Também foi observado que houve degradação parcial dos MWCNT durante o processamento, convertido em Al 4 C 3 , resultando na diminuição da ductilidade dos compósitos.

ligas de alumínio, AA6061, nanotubos de carbono de paredes múltiplas, moagem de alta energia, tratamento térmico, propriedades mecânicas.
Carbon nanotubes (CNT) are promising materials to strengthen lightweight aluminum matrix composites, but their dispersion into the metallic matrix is challenge, such as the difficulty of a obtaining a homogeneous dispersion of the CNT into the matrix and the maintenance of its integrity during the processing conditions. In the addition, addition of CNT may modify the heat treatment cycle. This study aimed to analyze the influence of milling time and heat treatment on the mechanical properties of AA6061 aluminum alloy matrix composites reinforced by multi walled carbon nanotubes (MWCNT). The composites were previously fabricated by powder metallurgy route: mechanical alloying (6 and 10 hours) and subsequently hot extrusion. MWCNT are added under different conditions: untreated, functionalized and functionalized and decorated with Ag, in 1, 2 and 4% by weight. Samples were also produced with no reinforced addition (reference sample) for comparison purposes. The composites were analyzed under the conditions as extruded (AE), T4 and T6. The heat treatment was performed according to SAE AMS 2772E. The mechanical properties were evaluated by tensile, compressive and Vickers microhardness tests. The microstructure of the composites was analized by transmission electron microscopy and X-ray diffraction. The high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and Raman spectroscopy were employed to evaluate the presense and integrity of MWCNT. Scanning electron microscopy was used for fracture analysis. In composites obtained from powders milling for 6 h, the addition of MWCNT did not provide significant effects when compared to the reference sample. However, when the milling time was 10 h, the addition of MWCNT resulted in an expressive increasing in the mechanical properties when compared to the reference sample or with 6 h of milling time, this increase as a function of the amount of added MWCNT. The increase in the mechanical properties is due to the reduction of the particles size combined with better MWCNT dispersions in the matrix as the milling increasing. Raman spectroscopy and HRTEM indicated the presence of MWCNT in the composites. The aging heat treatment typical for comercial AA6061 alloy extruded bars was ineffective to strengthen the composites, due to changes in the recommended heat treatment cycle for the conventional alloy. In addition, there are indications that Mg is being consumed to form another compound rather than the precipitate Mg 2 Si. It was also found that MWCNT was partial degradation during the processing, converting to Al 4 C 3 , resulting in the reduction of the ductility of the composites.
Aluminum alloys, AA6061, multi walled carbon nanotubes, mechanical alloying, heat treatment, mechanical properties.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO
O trabalho não possui divulgação autorizada

Contexto

CIÊNCIA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS
MATERIAIS E PROCESSOS PARA APLICAÇÕES INDUSTRIAIS
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Banca Examinadora

DILERMANDO NAGLE TRAVESSA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
ALINE CAPELLA DE OLIVEIRA Docente - PERMANENTE
GISELE FERREIRA DE LIMA ANDREANI Docente - PERMANENTE
ANTONIO JORGE ABDALLA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 24

Vínculo

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Não