Fusão em leito de pó a laser de compósitos com matriz metálica vítrea a base de Fe

• Processo: 22/12136-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Claudio Shyinti Kiminami
• Beneficiário: Aylanna Priscila Marques de Araújo
• Supervisor: Jurgen Hartmut Eckert
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Montanuniversität Leoben, Áustria
• Vinculado à bolsa: 20/07692-9 - Fabricação e caracterização de compósitos de matriz metálica vítrea a base de Fe produzidos por manufatura aditiva, BP.DR
• Assunto(s): Impressão tridimensional Materiais vitrocerâmicos Materiais compósitos de matriz metálica Fusão em leito de pó
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Additive Manufacturing | Fe-based bulk metallic glasses composites | Glassy alloys | Selective Laser Melting | Manufatura aditiva

Resumo

Materiais vítreos na forma de bulk apresentam uma estrutura atômica aperiódica sem ordem de longo alcance, o que resulta em resistência excepcional, elevado limite elástico, excelentes propriedades magnéticas e boa resistência à corrosão. Estes são utilizados como micromotores e microengrenagens de precisão para sistemas micro mecânicos (MEMS), molas de válvulas automotivas, diafragmas para sensores de pressão, indutores de potência, artigos esportivos e aplicações em células de combustível. Entretanto, seu principal desafio é a baixa ductilidade em temperatura ambiente, que resulta da deformação não homogênea concentrada em bandas de cisalhamento. A incorporação de uma segunda fase dúctil em uma matriz vítrea, formando os chamados compósitos de matriz metálica vítrea (CMMVs), é uma alternativa para melhorar sua ductilidade sem sacrificar significativamente a resistência. Os CMMVs à base de Fe destacam-se por sua desejável combinação de propriedades magnéticas, de corrosão, mecânicas e baixo custo de matéria prima. Sua pobre capacidade de formar fase vítrea e sua baixa ductilidade são atualmente os principais gargalos para produzir e aplicar tais materiais. As altas taxas de resfriamento necessárias para produzir CMMVs à base de Fe limitam o tamanho e a geometria das peças fabricadas por fundição. Esta limitação pode ser superada usando o método de manufatura aditiva (MA) de fusão em leito de pó a laser (FLPL), que é baseado em fundir, ponto a ponto, pós depositados em um substrato, formando peças volumosas camada por camada. Como o tempo de interação entre o feixe de laser e o pó é muito curto, é possível alcançar-se altas taxas de resfriamento (103-106 K/s), e a fase vítrea pode ser formada. A literatura tem mostrado que as altas taxas de resfriamento do processo FLPL permitem produzir peças de materiais vítreos e seus compósitos com volume e geometrias nunca antes obtidas. Entretanto, altas velocidades de varredura do laser são necessárias para alcançar altas taxas de resfriamento, as quais são cruciais para a formação da fase vítrea. Além disso, CMMVs são sensíveis a tensões térmicas, exigindo uma máquina FLPL com um substrato aquecido. Neste contexto, o presente projeto visa investigar a possibilidade de utilizar o processo MA de FLPL para a fabricação de CMMVs do sistema Fe-Mo-P-C-B e estudar sua integridade, microestrutura e propriedades mecânicas. Entretanto, a máquina FLPL disponível na DEMa/UFSCar não atinge as velocidades de varredura a laser necessárias, e também não possui um substrato aquecido, os quais são essenciais para a formação da fase vítrea e redução de trincas térmicas, respectivamente. O atual projeto BEPE FAPESP permitirá a estudante acessar máquinas FLPL com diferentes capacidades de potência de laser, velocidade de varredura e aquecimento do substrato, que estão disponíveis nas instalações da Universidade de Leoben-Áustria. Através deste estágio de pesquisa, o acesso a dispositivos de teste magnético e um microscópio de feixe duplo capaz de preparar amostras para microscopia eletrônica de transmissão (MET) por feixe de íons focado (FIB) também será possível. O departamento de ciência de materiais de Leoben é um novo parceiro do grupo de pesquisa DEMa/UFSCar e é um conhecido grupo de pesquisa no estudo de materiais estruturais (por exemplo, aço, ligas, compósitos, materiais biológicos) visando a excelência na pesquisa. A estudante ficará um ano em Leoben/Áustria para fabricar CMMVs do sistema Fe-Mo-P-C-B por FLPL, que serão parcialmente caracterizados na Universidade de Leoben e parcialmente caracterizado em seu retorno à DEMa/UFSCar. Ela será supervisionada pelo Prof. Jürgen Eckert, uma autoridade mundial em pesquisa no campo de compósitos de matriz metálica vítrea. (AU)