Elaboração de material de fricção com base de cobre/ferro para aplicação em aeronaves militares
Autor
Thiago Duque Estrada da Silva Santos
Orientador
- Orientador Jose Atilio Fritz Fidel Rocco
Área de Concentração
Materiais e Processos de Fabricação
Data de Defesa
15/12/2016
Número da Tese
72763
Resumo
Materiais de fricção formados por compósitos de matriz metálica (MMC) são usualmente empregados em discos de freio de aeronaves, com sua composição sendo constituída por uma mistura de pós metálicos e não metálicos processados por metalurgia do pó. O cobre, devido à sua alta condutividade térmica combinada com uma boa resistência mecânica, e o ferro, por assegurar uma maior resistência mecânica, estabilidade térmica e redução no custo de fabricação do produto, forma a base (matriz) do composto. Partículas cerâmicas (SiC, Al2O3, SiO2 e ZrSiO4) atuam como abrasivos, influenciando a resistência mecânica e o coeficiente de fricção, enquanto lubricantes sólidos (Grafite, Pb, Sn e MoS2) estabilizam o coeficiente de fricção e reduzem o desgaste do composto. No presente estudo, foi analisada a influência dos constituintes não metálicos e dos parâmetros de fabricação, como pressão de compactação e temperatura de sinterização na produção de compostos de matriz metálica de Cu/Fe, tendo como modelo o disco de freio da aeronave AT-29 Super Tucano. Ao todo, foram produzidas amostras em escala reduzida com seis composições diferentes, variando-se a quantidade de partículas abrasivas (quartzo e silicato de zircônia) e do lubrificante sólido (grafite), com uma das composições fabricada sem a adição de grafite. As pressões de compactação foram de 210 e 420 MPa, com temperaturas de sinterização de 950 °C e 1050 °C em forno com atmosfera controlada de Argônio com 10% vol. de H2. Após a sinterização, foi avaliada a efetividade do processo de sinterização pela medição da densidade aparente (método de imersão), medidas de dureza Brinell e Vickers, e avaliação da microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O processo de sinterização foi severamente afetado pelo lubrificante sólido: sua redução resultou no aumento da densidade final em até 18 % e na dureza do composto em até 62 %. Os valores de dureza apresentaram uma variação significativa com a pressão de compactação, atingindo uma diferença de até 53% dependendo da composição do composto e exibindo um efeito mais pronunciado nos compostos com menor quantidade de elementos não metálicos. A análise por MEV demonstrou que não somente o grafite, mas também os compostos cerâmicos afetaram o processo de sinterização pela aglomeração de inclusões (partículas cerâmicas) na interface metal-metal. Apesar da redução na pressão de compactação levar ao aumento expressivo da quantidade de poros nos compactados verdes, após a sinterização, a variação na fração de vazios foi reduzida significativamente. As amostras sem adição de grafite em sua composição apresentaram praticamente o mesmo valor de percentual de poros antes e após a sinterização, independente da pressão de compactação utilizada. Esse resultado indica que o teor de grafite afeta diretamente o processo de sinterização, independente da pressão de compactação inicial.
