Estudo da substituição parcial do ligante Co pelo Nb no metal duro preparado via MAE e sinterizado em forno convencional, alto vácuo e por pulso de plasma

dc.contributor.advisorGomes, Uilame Umbelino
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9858094266525225pt_BR
dc.contributor.authorLourenço, Cleber da Silva
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2466694241417558pt_BR
dc.contributor.referees1Silva, Ariadne de Souza
dc.contributor.referees2Torres, Marco Antonio Morales
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/0091292234916055pt_BR
dc.contributor.referees3Lima, Maria José Santos
dc.contributor.referees4Câmara, Nailton Torres
dc.contributor.referees5Raimundo, Rafael Alexandre
dc.date.accessioned2023-12-20T19:11:01Z
dc.date.available2023-12-20T19:11:01Z
dc.date.issued2023-09-25
dc.description.abstractHard metal, also known as cemented carbide, is a widely used material in various applications such as turning, milling, and drilling. The most commonly used hard metal consists of a major hard phase of WC (tungsten carbide) and a minor metallic binder phase of Co (cobalt), usually making up less than 25% by mass. However, although the use of Co as a binder results in improved mechanical properties for the cemented carbide, the scientific community has been seeking a partial or complete substitute for this binder due to its toxicity and scarcity. In light of this, this research aimed to evaluate the possibility of partially replacing Co with Nb (niobium). For this purpose, composite powders of WC-10%Co, WC-2.5%Nb-7.5%Co, and WC-5%Nb5%Co were prepared using wet high-energy milling (HEM) for 2, 15, and 30 hours. The milled powders were compacted at 250 MPa and subsequently sintered in a conventional resistive furnace at 1450°C and 1550°C. The powders processed via 30- hour WHEM were also sintered using two distinct routes to achieve better properties for the hard metal. In the first route, the milled powders were compacted at 250 MPa and sintered in high vacuum (10-4 torr) at a temperature of 1550°C. In the second route, the powders were sintered using spark plasma sintering (SPS) at a temperature of 1300°C. The starting powders, milled powders, and sintered samples were characterized using field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), and energy-dispersive spectroscopy (EDS). Particle size distribution measurements were also conducted for the powders. The density of the sintered samples was determined using the Archimedes' method. Additionally, Vickers microhardness measurements were carried out on the sintered samples. The results revealed that the HEM process efficiently promotes phase homogenization and particle size reduction, facilitating the sintering process of the composite powders. The SPS technique for the 30-hour milled powders proved to be more effective in enabling the partial substitution of Co with Nb, resulting in a relative density of 84.23% for the cemented carbide WC-5%Co-5%Nb with high microhardness and without the formation of the η phase.pt_BR
dc.description.resumoO metal duro é um material amplamente utilizado em diversas aplicações como em torneamento, fresagem e perfuração. O metal duro mais utilizado é constituído por uma fase dura majoritária de WC e um ligante metálico minoritário de Co, normalmente inferior a 25% em massa. No entanto, embora a utilização do Co como ligante resulte em melhores propriedades mecânicas ao carbeto cimentado, a comunidade científica tem buscado um substituto parcial ou total para este ligante devido a sua toxidade e escassez. Em virtude disto, esta pesquisa buscou avaliar a possibilidade de uma substituição parcial do Co pelo Nb. Com esse propósito, foram preparados pós compósitos de WC-10%Co, WC-2,5%Nb7,5%pCo e WC5%Nb5%Co através da moagem de alta energia (MAE) em meio úmido, por 2, 15 e 30 horas. Os pós moídos foram compactados a 250 MPa e, posteriormente, sinterizados em um forno resistivo convencional a 1450 °C e 1550 °C. Os pós processados através da MAE por 30 horas, também, foram sinterizados por duas rotas distintas que possibilitam a obtenção do metal duro com melhores propriedades. Para a primeira rota, os pós moídos foram compactados a 250 MPa e sinterizados em alto vácuo (10-4 toor) a uma temperatura de 1550 °C. Na segunda rota, os pós foram sinterizados por pulso de plasma (SPS) a uma temperatura de 1300 °C. Os pós de partida e os moídos, e as amostras sinterizadas foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG), difração de raios – x (DRX), espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Os pós, também, foram caracterizados através de medidas de distribuição de tamanho de partícula. A densidade das amostras sinterizadas foram determinadas pelo método de Arquimedes. Também, foi realizado a medição de microdureza Vickers nas amostras sinterizadas. Os resultados revelaram que o processo de MAE é eficiente para promover a homogeneização das fases e reduzir o tamanho de partícula, favorecendo o processo de sinterização dos pós compósitos. A técnica de SPS para os pós moídos por 30 horas se mostrou ser mais eficiente para possibilitar a substituição parcial do Co pelo Nb, levando a obtenção de uma densidade relativa de 84,23% para o carbeto cimentado de WC-5%Co5%Nb com uma elevada microdureza sem a formação de fase η.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationLOURENÇO, Cleber da Silva. Estudo da substituição parcial do ligante Co pelo Nb no metal duro preparado via MAE e sinterizado em forno convencional, alto vácuo e por pulso de plasma. Orientador: Dr. Uílame Umbelino Gomes. 2023. 89f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56508
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 CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMetal duropt_BR
dc.subjectLigantept_BR
dc.subjectSinterizaçãopt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApt_BR
dc.titleEstudo da substituição parcial do ligante Co pelo Nb no metal duro preparado via MAE e sinterizado em forno convencional, alto vácuo e por pulso de plasmapt_BR
dc.title.alternativeStudy of the partial substitution of the Co binder with Nb in hard prepared via HEM and sintered in conventional furnace, high vacuum, and spark plasma sintering (SPS)pt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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