Caracterização de pós metálicos e fluidez

Em dezembro de 2020, a Nature publicou um artigo de pesquisadores da Universidade de Ostrava (República Checa) sobre um método de caracterização e de fluidez de pós metálicos.

As peças metálicas fabricam-se por métodos tradicionais e modernos. Muitos métodos modernos partem de pós metálicos e transformam-nos por compressão, sinterização, projeção, ou por fabricação aditiva: fusão seletiva a laser (SLM), aporte de pó a laser (LPF), jato de ligante (BJ) e leito de pó por feixe de elétrons (EPBF). A escolha do método muda as propriedades da peça, mas as propriedades de entrada do pó importam em todos os casos: fluidez, composição química, tamanho de partícula, propriedades ópticas e termofísicas, tensão superficial. Cada processo aditivo exige os seus parâmetros de pó.

Quanto mais se espalha a fabricação aditiva, mais importa caracterizar os pós metálicos. As propriedades do pó devem servir a cada máquina e a fabricação deve ser uniforme. O artigo caracteriza dez pós metálicos (316L, Zn, Sn, Al, Cu, Mn, Fe, bronze, Ti, Mo): distribuição granulométrica, morfologia, ângulos de repouso estático e dinâmico, e ângulo de atrito interno efetivo (AIFE).

A velocidade de saída avalia-se pelo ângulo de repouso estático (AOR), e a variação do AOR completa a descrição do comportamento da amostra. A fluidez também foi determinada com ensaios de cisalhamento RST, PFT e FT4. O AOR estático foi medido com um equipamento protegido pela patente PV2015-239. A seguir apresenta-se o ensaio do equipamento e do método de ângulo de saída estático e dinâmico da Universidade Técnica de Ostrava VSB. O equipamento chama-se Zenegero.

Equipamento de ajuste do AOR

AOR estático de dez pós metálicos

Este é um resumo da medição do ângulo de repouso dinâmico (DAOR). Na maioria das amostras, o ângulo médio medido aumentou quando a frequência de rotação passou de 0,2 Hz para 0,6 Hz. A figura mostra todas as amostras: 316L, Sn, Ti, Fe, bronze, Al, Cu, Zn, Mn e Mo.

No pó 316L, a diferença de ângulo médio entre 0,2 e 0,6 Hz foi a maior. Ao aumentar a frequência, a forma do fluxo passa do rolamento a 0,2 Hz para a cascata a 0,6 Hz. A média dos ângulos a três velocidades locais teve um desvio-padrão grande, 49,4° ± 9°. O estanho teve a menor dispersão do ângulo médio, 44,8° ± 1,5°. Por isso o pó de estanho deu a melhor estabilidade global do fluxo dinâmico. Durante a medição do DAOR, um rolamento constante em todas as frequências de ensaio confirmou essa estabilidade. O fluxo do pó de alumínio mudava mais com a frequência: rolamento em baixa frequência e depois uma passagem gradual para o regime cataract.

O AIFE foi determinado em três equipamentos de uso amplo: RST, PFT e FT4. A figura mostra o AIFE dos dez pós e os intervalos de RST, PFT e FT4. Em todos os pós salvo o alumínio, o intervalo absoluto do PFT foi o menor. Isso pode dever-se ao software de avaliação. No FT4, a variação do ângulo AIFE efetivo foi a maior. O amplo intervalo do alumínio pode relacionar-se com o fato de ser um metal leve, macio e fácil de deformar plasticamente. No titânio, cujas partículas em 90 % não são mais grossas que 452 µm, a dispersão clara do ângulo efetivo deve-se ao tamanho e à forma das partículas. Durante a medição, partículas de titânio maiores ficaram presas entre o cilindro de vidro e a pá de medição (cabeça de cisalhamento). O intervalo é de 1 mm, mas a forma das partículas de titânio aumenta a resistência da pá no sentido contrário ao movimento e eleva a tensão de cisalhamento.

AIFE de dez pós metálicos

O objetivo do artigo é avaliar o fluxo dos pós metálicos e a sua possível dependência das propriedades mecânicas e físicas das misturas, das partículas e de outros parâmetros. Usaram-se métodos gerais baseados em classificações conhecidas de materiais a granel. Mesmo em relação à digitalização ou à indústria 4.0, estes métodos continuam em uso.

Fonte: Characterization and flowability methods for metal powders

• Jiri Zegzulka, Daniel Gelnar, Lucie Jezerska, Rostislav Prokes & Jiri Rozbroj