Correlações microestruturais e mecânicas de uma liga Beta de Ti-Nb e seus compósitos reforçados com TiC fabricados in situ por manufatura aditiva

• Processo: 25/08589-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 30 de setembro de 2025
• Data de Término da vigência: 29 de junho de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: José Eduardo Spinelli
• Beneficiário: Vinícius Richieri Manso Gonçalves
• Supervisor: Michael Joseph Kaufman
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Colorado School of Mines, Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 24/00306-7 - Manufatura aditiva a laser de liga Beta Ti-Nb e de compósitos reforçados com TiC visando a aplicação biomédica, BP.PD
• Assunto(s): Ligas de titânio Impressão tridimensional Propriedades mecânicas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Caracterizações microestruturais avançadas | Compósitos de Matriz Metálica | ligas de titânio | Manufatura Aditiva | Propriedades mecânicas | Compósitos de matriz metálica

Resumo

Este estudo visa compreender as correlações entre composição, microestrutura e propriedades mecânicas de compósitos recentemente desenvolvidos para aplicações biomédicas. Ligas de titânio do tipo Beta, reconhecidas por baixos módulos de elasticidade, combinadas com reforço de carboneto de titânio (TiC), surgem como candidatas promissoras para atender aos requisitos de propriedades mecânicas e tribológicas em demandas de implantes ósseos. O Projeto de Pesquisa em andamento, no Brasil, tem investigado uma abordagem inovadora usando fusão a laser em leito de pó (LPBF) para fabricar in-situ Beta-TMCs reforçados com TiC, empregando misturas de pó de liga Beta Ti-42Nb e grafite. Resultados recentes evidenciaram que adições de grafite de 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0% em volume resultaram em frações de TiC de aproximadamente 2, 5, 6 e 8% em volume, respectivamente, nas amostras impressas por LPBF. Análises microestruturais revelaram que o teor elevado de grafite promoveu a formação de nanopartículas de TiC quase esféricas, atribuídas à composição hipereutética, onde o TiC precipita como fase primária, enquanto níveis mais baixos de grafite levaram à formação de TiC em forma de agulhas de dezenas a centenas de nanômetros. Além disso, o aumento na fração de TiC elevou a dureza e o módulo de elasticidade em até 239 HV e 72 GPa, em comparação com a liga Ti-42Nb (211 HV e 58 GPa). Notavelmente, todos os Beta-TMCs exibiram módulos de elasticidade menores do que os da liga Ti-6Al-4V (~110 GPa), enquanto a dureza sugeriu a influência da morfologia do TiC no comportamento mecânico. Para entender melhor a relação entre microestrutura e propriedades mecânicas, o presente projeto pretende realizar ensaios de tração assistidos in-situ por microscopia eletrônica de varredura. Adicionalmente, análises de difração de elétrons retroespalhados, tomografia computadorizada de raios X e microscopia eletrônica de transmissão permitirão investigar como o tamanho e a forma do TiC influenciam as microestruturas e propriedades dos Beta-TMCs. (AU)