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Atomização por impulso de ligas Sn-Zn e Al-Si: correlações das morfologias e microestruturas formadas com parâmetros de processo

Processo: 16/10596-6
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Pesquisa
Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2017
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2018
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
Pesquisador responsável:José Eduardo Spinelli
Beneficiário:José Eduardo Spinelli
Anfitrião: Hani Henein
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Local de pesquisa : University of Alberta, Canadá  
Assunto(s):Atomização

Resumo

A solidificação rápida de ligas para soldagem e recobrimento de superfícies à base de Sn pode propiciar características metalúrgicas desejáveis, tais como baixo nível de segregação de soluto e presença de partículas intermetálicas ou segundas fases refinadas. A técnica de atomização por impulso (IA) é o mais indicada entre os métodos de atomização para se alcançar uma variedade considerável de taxas de resfriamento e níveis de super-resfriamentos associados com a distribuição dos tamanhos dos pós-atomizados e com diversidade microestrutural e morfológica. Tal diversidade não pode ser obtida por meio de processos convencionais. Estudos preliminares indicam que ligas à base de Sn-Zn consistem em alternativas promissoras para a substituição das ligas de solda contendo chumbo. Entretanto, faz-se necessário o entendimento da formação microestrutural em condições de resfriamento rápido na transformação líquido-sólido. Portanto, um estudo cuidadoso de atomização de ligas deste sistema, com variação do meio de resfriamento, superaquecimento, ampla gama de tamanhos de pós permitirá compreender a aplicabilidade deste tipo de processamento em ligas Sn-Zn. O grupo coordenado pelo Prof. Hani Henein da 'University of Alberta' é referência no entendimento da solidificação de produtos atomizados, com possibilidade de quantificação dos valores de superresfriamento e velocidades de solidificação associadas. A presente proposta inclui ainda o estudo da solidificação rápida de ligas hipereutéticas com foco na variação composicional entre 15 e 18%Si e seus efeitos decorrentes, além de uma melhor compreensão da formação eutética (espaçamento eutético), tipo de morfologia predominante do Si eutético (flakes, fibras ou esferóides) e distribuição de dendritas tipo halo. A literatura recente tem indicado que o controle morfológico, e de tamanho das partículas de Si primárias e eutéticas, além da fração de dendritas tipo halo pode propiciar uma promissora combinação de resistência mecânica e ductilidade em ligas com elevado teor de Si. Tanto a liga Sn-Zn quanto as ligas Al-Si já foram previamente estudadas pelo Laboratório de Solidificação do DEMa-UFSCar por meio da técnica de solidificação direcional, no âmbito do projeto em andamento FAPESP N. 2015/11863-5: "Parâmetros da microestrutura de solidificação de ligas multicomponentes Al-Si-Cu, Sn-Bi-Sb e Zn-Sn-Cu e propriedades mecânicas decorrentes". No entanto, estudos complementares envolvendo maiores taxas de resfriamento são extremamente necessários para a completa investigação dessas ligas e seriam, portanto benéficos para realização do referido projeto. Objetiva-se, portanto, realizar uma análise detalhada da evolução microestrutural e morfológica de ligas atomizadas Al-Si e Sn-Zn sempre mantendo análise de resultados paralela com resultados obtidos em regime transiente de extração de calor por meio de solidificação direcional vertical ascendente das mesmas ligas. Para tanto, será utilizada a técnica de atomização por impulso, explorando parâmetros do processo como tipo de gás de resfriamento, superaquecimento do metal líquido e granulometria dos pós. (AU)

Publicações científicas (7)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
LIMA, THIAGO SOARES; SILVA, BISMARCK LUIZ; GARCIA, AMAURI; CHEUNG, NOE; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Dendritic and eutectic growth of Sn-0.5 wt.%Cu solders with low alloying Al levels. PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART L-JOURNAL OF MATERIALS-DESIGN AND APPLICATIONS, v. 233, n. 9, p. 1733-1737, SEP 2019. Citações Web of Science: 1.
CANTE, V, MANUEL; LIMA, THIAGO S.; BRITO, CRYSTOPHER; GARCIA, AMAURI; CHEUNG, NOE; SPINELLI, JOSE E. An Alternative to the Recycling of Fe-Contaminated Al. JOURNAL OF SUSTAINABLE METALLURGY, v. 4, n. 3, p. 412-426, SEP 2018. Citações Web of Science: 1.
XAVIER, MARCELLA G. C.; SILVA, BISMARCK L.; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE E. High Cooling Rate, Regular and Plate Like Cells in Sn-Ni Solder Alloys. ADVANCED ENGINEERING MATERIALS, v. 20, n. 7 JUL 2018. Citações Web of Science: 0.
KAKITANI, RAFAEL; REYES, RODRIGO V.; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE E.; CHEUNG, NOE. Relationship between spacing of eutectic colonies and tensile properties of transient directionally solidified Al-Ni eutectic alloy. Journal of Alloys and Compounds, v. 733, p. 59-68, FEB 5 2018. Citações Web of Science: 14.
SPINELLI, J. E.; BOGNO, A. -A.; HENEIN, H. Two-Zone Microstructures in Al-18Si Alloy Powders. METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE, v. 49A, n. 2, p. 550-562, FEB 2018. Citações Web of Science: 3.
SANTOS, WASHINGTON L. R.; CRUZ, CLARISSA B.; SPINELLI, JOSE E.; CHEUNG, NOE; GARCIA, AMAURI. Tailoring microstructure, tensile properties and fracture process via transient directional solidification of Zn-Sn alloys. MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING, v. 712, p. 127-132, JAN 18 2018. Citações Web of Science: 5.
SILVA, BISMARCK L.; XAVIER, MARCELLA G. C.; GARCIA, AMAMI; SPINENLLI, JOSE E. Cu and Ag additions affecting the solidification microstructure and tensile properties of Sn-Bi lead-free solder alloys. MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING, v. 705, p. 325-334, SEP 29 2017. Citações Web of Science: 9.

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