Processamento, microestrutura e propriedades de compósitos à base de cobre reforçados com alumina e céria

Autor: Fonseca, Daniela Passarelo Moura da
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
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Druh dokumentu: Dissertação de Mestrado
Popis: Compósitos de matriz metálica combinam diferentes classes de materiais a fim de obter novas propriedades, superiores às dos materiais originais. A adição de partículas cerâmicas (reforço) em ligas de cobre pode melhorar suas propriedades mecânicas sem gerar grande perda na condutividade elétrica. Este trabalho teve como objetivo processar e estudar a microestrutura e propriedades (condutividade elétrica, dureza e fratura) de compósitos à base de cobre reforçados com alumina e céria. As amostras foram processadas pela técnica de metalurgia do pó: pesagem, mistura (sem bolas por 30min a 46 rpm), compactação (uniaxial à frio com pressão de 1080 Mpa por 10s) e sinterização (800°C por 6h sob vácuo de 10-5 torr). As análises de MO, MEV, EDS e DRX (com refinamento Rietveld) indicaram boa coalescência das partículas, formando superfície continua e com baixa porosidade. A alumina formou regiões aglomeradas da ordem de 20 μm, a céria ficou finamente dispersa nos contornos de grão do cobre com algumas regiões aglomeradas, o cromo formou regiões de cerca de 100 μm e não teve distribuição completamente uniforme ao longo da matriz, a prata formou solução sólida com o cobre e, durante o resfriamento lento, formou precipitados menores do que 5 μm uniformemente dispersos no interior dos grãos de cobre. Os compósitos apresentaram condutividade elétrica entre 15 e 40 %IACS, dureza entre 62 e 88 HV5 e as fractografias apresentaram fratura mista e regiões indicando boa adesão matriz-reforço. Em relação ao cobre puro, foi observado efetivo aumento na dureza (cerca de 2x), porém, em todos os compósitos, o acréscimo da fase cerâmica acarretou na diminuição da condutividade elétrica. Os compósitos de Cu-8%(Al2O3, CeO2) foram os que apresentaram melhor equilíbrio entre essas duas propriedades, com condutividade de 40 e 38 %IACS e dureza de 63 e 69 HV5.
Metal matrix composites combine different classes of materials to obtain new properties, superior to those of the original materials. The addition of ceramic particles (reinforcement) in copper alloys could improve their mechanical properties without generating great loss in electrical conductivity. The aim of this work was to process and study the microstructure and properties (electrical conductivity, hardness and fracture) of copper-based composites reinforced with alumina and ceria. The samples were processed by the powder metallurgy technique: weighing, blending (no balls for 30 min at 46 rpm), compaction (cold uniaxial at 1080 MPa for 10s) and sintering (800°C for 6 h under vacuum of 10-5 torr). Analysis of OM, SEM, EDS and XRD (with Rietveld refinement) indicated good coalescence of the particles, forming continuous surface with low porosity. The alumina formed agglomerated regions with approximately 20 μm, the ceria was finely dispersed in the grain boundary of the copper with some agglomerated regions, the chromium formed regions of about 100 μm and have a non-uniform distribution throughout the matrix, the silver formed solid solution with copper and, during slow cooling, formed precipitates smaller than 5 μm, uniformly dispersed inside the copper grains. The composites presented electrical conductivity between 15 and 40 %IACS, hardness between 62 and 88 HV5 and the fractographs presented mixed fracture and regions indicating good matrix-reinforcement adhesion. In relation to pure copper, it was observed an increase in hardness (about 2x), however, in all the composites, the increase of the ceramic content led to a decrease in the electrical conductivity. The Cu-8%(Al2O3, CeO2) composites showed the best balance between these two properties, with conductivity of 40 and 38 %IACS and hardness of 63 and 69 HV5.
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