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https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44889| Título: | Estudo da adição de nióbio em diamante policristalino (PCD) obtido via alta pressão e alta temperatura (HPHT) |
| Autor(es): | Gurgel, Diêgo Pires |
| Orientador: | Gomes, Uilame Umbelino |
| Palavras-chave: | Diamante policristalino;Nióbio;Alta pressão e alta temperatura;Resistência ao desgaste;Metalurgia do pó |
| Data do documento: | 27-Ago-2021 |
| Editor: | Universidade Federal do Rio Grande do Norte |
| Referência: | GURGEL, Diêgo Pires. Estudo da adição de nióbio em diamante policristalino (PCD) obtido via alta pressão e alta temperatura (HPHT). 2021. 114f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. |
| Resumo: | O principal objetivo dos estudos desenvolvidos neste trabalho foi verificar a influência da variação da concentração de nióbio como ligante sobre propriedades mecânicas e de resistência ao desgaste do sistema de diamante policristalino-nióbio preparado via HPHT. Esse composto possui grande aplicabilidade em diversas áreas de engenharia, como a aeronáutica, civil, metalúrgica, sendo amplamente usado como ferramenta de corte e de perfuração. As concentrações estudadas de nióbio foram de 2,5%, 5,0% e 10% em peso. Foi usada moagem de alta energia em moinho tipo Spex para a redução do tamanho inicial de partícula do PCD e para a sua mistura com o nióbio e foram verificados efeitos de redução do tamanho médio de partícula para valores de 35,01 µm, 32,91 µm e 31,91 µm (para, respectivamente, as concentrações de 2,5%, 5,0% e 10% de nióbio como ligante). As condições de HPHT usadas para as consolidações das amostras cilíndricas de 5 mm de diâmetro por 5 mm de altura, foram a temperatura de 1750 °C, a pressão de 7,7 GPa e três ciclos de 3 minutos. Os valores de densidade relativa obtidos foram de mais de noventa por cento e as amostras apresentaram boa integridade, não apresentando efeitos de grafitização. Para o PCD com concentrações de 2,5%, 5,0% e 10% em peso de nióbio como ligante foram verificados valores de densidades de 3,37 g/cm³, 3,61 g/cm³ e 3,64 g/cm³ e módulos de elasticidade de 946 GPa, 998,4 GPa e 1196 GPa. Foi observada boa dispersão da fase metálica tanto nas superfícies como nos interiores dos corpos de prova, sendo constatado, também, que o aumento da quantidade de ligante permitiu que houvesse uma maior tendência à ocorrência de ruptura intergranular do que à clivagem. Os ensaios tribológicos em aparelho de pin-on-disc com carga de 150 N e rotação de 500 rpm permitiram observar que, quando interagindo com o aço (sendo observada a abrasão como mecanismo predominante de desgaste), a tendência ao desgaste é maior que no caso de sua interação com alumínio (onde é vista a grande ocorrência de adesão). A concentração de 10% em peso de nióbio como ligante garantiu menor resistência ao desgaste do composto que a de 2,5%, além de valores mais altos de temperaturas nas regiões próximas ao contato do par tribológico. |
| Abstract: | The main objective of the studies developed in this work was to verify the influence of the variation of the niobium concentration as binder on the mechanical properties and wear resistance of the polycrystalline-niobium diamond system prepared by HPHT. This compound has great applicability in several areas of engineering, such as aeronautics, civil, metallurgical, being widely used as a cutting and drilling tool. The studied concentrations of niobium were 2.5%, 5.0% and 10% w.t.. High energy milling in Spex type mill was used to reduce the initial particle size of the PCD and for its mixture with the niobium, the effects of reduction of the average particle size verified were to values of 35.01 μm, 32.91 μm and 31.91 μm (for, respectively, the concentrations of 2.5%, 5.0% and 10% w.t. of niobium as binder). The HPHT conditions used for the consolidations of cylindrical samples 5 mm in diameter by 5 mm in height were the temperature of 1750°C, the pressure of 7.7 GPa and three cycles of 3 minutes. The measured values of relative density obtained were higher than ninety percent and the samples showed good integrity, not showing graphitization effects. For the PCD with concentrations of 2.5%, 5.0% and 10% w.t. of niobium as binder, relative density values of 3,37 g/cm³, 3,61 g/cm³ e 3,64g/cm³ and elasticity moduli of 946 GPa, 998.4 GPa and 1196 GPa. Good dispersion of the metal phase was observed both on the surfaces and inside of the specimens, and it was also observed that the increase in the amount of binder allowed a greater tendency to the occurrence of intergranular rupture than to the cleavage. The tribological tests on pinon-disc apparatus with a load of 150 N and rotation of 500 rpm allowed to observe that, when interacting with steel (with abrasion being observed as the predominant mechanism of wear), the wear trend is higher than in the case of its interaction with aluminum (where the great occurrence of adhesion was seen). The concentration of 10% of niobium as binder ensured lower wear resistance of the compound than that of 2.5%, in addition also higher values of temperatures were observed in regions close to the contact of the tribological pair. |
| URI: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/44889 |
| Aparece nas coleções: | PPGCEM - Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais |
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