Efeito da técnica de preparação de pó e da adição de Nb na densificação e microestrutura dos compósitos WC-Cu-Nb sinterizados com fase líquida

dc.contributor.advisorCosta, Franciné Alves da
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8698567925323942pt_BR
dc.contributor.authorCoelho, Renan Sávio de Almeida
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4429205296751509pt_BR
dc.contributor.referees1Silva, Angelus Giuseppe Pereira da
dc.contributor.referees2Dias, Avelino Manuel da Silva
dc.contributor.referees2IDhttps://orcid.org/0000-0001-8974-5137pt_BR
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1142442322601442pt_BR
dc.contributor.referees3Mashhadikarimi, Meysam
dc.contributor.referees4Araújo Filho, Oscar Olimpio de
dc.contributor.referees5Gomes, Uilame Umbelino
dc.date.accessioned2024-06-14T13:09:50Z
dc.date.available2024-06-14T13:09:50Z
dc.date.issued2023-03-20
dc.description.abstractWC-Cu composites are used as electrical contacts in high power circuit breakers and electrical resistance welding electrodes. This is due to the high thermal and electrical conductivity and excellent workability of copper associated with the high resistance to wear and erosion by electric arc of tungsten carbide. However, the low wettability of liquid copper on tungsten carbide particles and the mutual insolubility of the constituents make it difficult to densify this composite. This work investigates the effect of adding 5 and 10% by mass of Nb to the WC-20%Cu composite and the influence of the powder preparation technique on the microstructure, densification and properties of WC-Cu-Nb composites sintered in liquid phase. The crystallite size of the WC-20%Cu- 5%Nb composite powders ground for 5 h in an attritor mill reached 11.0, 11.2 and 26.9 nm for the respective WC, Cu and Nb phases. In contrast, the crystallite size of the same composite powders milled for 10 h in a planetary mill reached only 15.0 and 16.3 nm for the respective WC and Cu phases, but the Nb phase amorphizes or goes into solid solution in Cu. Although the attrition mill produced a greater reduction of crystallites and greater dispersion of the hard WC phase in the soft Cu and Nb phases, contamination by Fe, from the grinding body and chromed steel container, promoted less densification of the powder compacts of the composite. WC-20%Cu-5%Nb, as the compacts of these composite powders ground for 5 h in an attritor mill reached a density of only 71.39 ± 3.38% of the theoretical density, while the compacts of the same composite powders ground for 10 h in a planetary mill, also with chrome steel grinding bodies, reached a density of 81.43 ± 2.7% of the theoretical density. On the contrary, when grinding was carried out in a planetary mill with carbide grinding media, no contamination was detected and the density reached 93.25 ± 3.16%. The addition of Nb contributes to the densification of the WC-Cu composites, as the powder compacts of the WC-20%Cu composite with zero, 5 and 10% by mass of Nb prepared in a planetary mill reached a density, respectively, 77.62 ± 1, 0.65%, 81.43 ±2.70%, 84.34 ± 1.37% of theoretical density when sintered at 1150 °C for 1 hour. Furthermore, the microstructure of the sintered compacts of WC-20%Cu powders with a higher amount of Nb exhibit smaller grain size, confirming their efficiency in inhibiting the grain growth of the sintered composites. Brinell hardness increases with milling time reaching values of 101 HB and decreases with decreasing WC mass. The electrical conductivity increases with the addition by mass of Nb, reaching 2.27% IACS when the amount of 10% by mass of Nb is added to the WC-20%Cu composite.pt_BR
dc.description.resumoOs compósitos WC-Cu são utilizados como contatos elétricos em chaves de circuitos de alta potência e eletrodos de soldagem por resistência elétrica. Isto se deve à alta condutividade térmica e elétrica e à excelente trabalhabilidade do cobre associado à alta resistência ao desgaste e à erosão por arco elétrico do carbeto de tungstênio. Todavia, a baixa molhabilidade do cobre líquido sobre as partículas de carbeto de tungstênio e a mútua insolubilidade dos constituintes dificultam a densificação desse compósito. Este trabalho investiga o efeito da adição de 5 e 10% em massa de Nb ao compósito WC- 20%Cu e a influência da técnica de preparação de pós na microestrutura, densificação e propriedades dos compósitos de WC-Cu-Nb sinterizados em fase líquida. O tamanho de cristalito dos pós compósitos WC-20%Cu-5%Nb moídos por 5 h em moinho attritor alcançou 11,0, 11,2 e 26,9 nm para as respectivas fases WC, Cu e Nb. Diferentemente, o tamanho de cristalito dos mesmos pós compósitos moídos por 10 h em moinho planetário atingiu apenas 15,0 e 16,3 nm para as respectivas fases WC e Cu, porém a fase Nb amorfiza ou entra em solução sólida no Cu. Embora o moinho attritor produza maior diminuição dos cristalitos e uma maior dispersão da fase dura de WC nas fases moles de Cu e Nb, a contaminação por Fe, advindo dos meios e recipiente de moagem de aço cromo, promove menor densificação dos compactos de pós compósitos WC-20%Cu-5%Nb, pois compactos destes pós compósitos moídos por 5 h em moinho attritor alcançaram uma densidade de apenas 71,39± 3,38% da densidade teórica, enquanto os compactos dos mesmos pós compósitos moídos por 10 h em moinho planetário, também com meios de moagem de aço cromo, atingiram uma densidade de 81,43 ± 2,7% da densidade teórica. Diferentemente, quando a moagem foi realizada em moinho planetário com meios de moagem de metal duro, nenhuma contaminação foi detectada e a densidade alcançou 93,25 ± 3,16%. A adição de Nb contribui para densificação dos compósitos WC-Cu, pois os compactos de pós compósitos WC-20%Cu com zero, 5 e 10% em massa de Nb preparados em moinho planetário alcançaram densidade, respectivamente, de 77,62 ± 1,65%, 81,43 ±2,70%, 84,34 ± 1,37% da densidade teórica quando sinterizados a 1.150 ºC por 1 hora. Além disso, a microestrutura dos compactos sinterizados de pós WC-20%Cu com maior quantidade de Nb exibem menor tamanho de grão, confirmando sua eficiência na inibição do crescimento dos grãos dos compósitos sinterizados. A dureza Brinell aumenta com o tempo de moagem alcançando valores de 101 HB e reduz com a diminuição em massa de WC. A condutividade elétrica aumenta com a adição em massa de Nb, atingindo 2,27% IACS quando a quantidade de 10% em massa de Nb é adicionada ao compósito WC-20%Cu.pt_BR
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationCOELHO, Renan Sávio de Almeida. Efeito da técnica de preparação de pó e da adição de Nb na densificação e microestrutura dos compósitos WC-Cu-Nb sinterizados com fase líquida. Orientador: Dr. Franciné Alves da Costa. 2023. 108f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/58483
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMoagem de alta energiapt_BR
dc.subjectPseudoligas de WC-Cupt_BR
dc.subjectCompósitos WC-Cu-Nbpt_BR
dc.subjectSinterizaçãopt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICApt_BR
dc.titleEfeito da técnica de preparação de pó e da adição de Nb na densificação e microestrutura dos compósitos WC-Cu-Nb sinterizados com fase líquidapt_BR
dc.title.alternativeEffect of the powder preparation technique and the addition of nb on the densification and microstructure of WC-Cu-Nb composites sintered with liquid phasept_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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