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Em um artigo recente publicado na revista Additive Manufacturing Letters, os pesquisadores discutem o processo de fusão a laser para compósitos de cobre baseados em aço inoxidável 316L.
Pesquisa: Síntese de compósitos de aço inoxidável 316L-cobre por fusão a laser.Crédito da imagem: Pedal em estoque / Shutterstock.com
Embora a transferência de calor dentro de um sólido homogêneo seja difusa, o calor pode viajar através de uma massa sólida ao longo do caminho de menor resistência.Em radiadores de espuma metálica, recomenda-se o uso de anisotropia de condutividade térmica e permeabilidade para aumentar a taxa de transferência de calor.
Além disso, espera-se que a condução térmica anisotrópica ajude a reduzir as perdas parasitas causadas pela condução axial em trocadores de calor compactos.Vários métodos têm sido utilizados para alterar a condutividade térmica de ligas e metais.Nenhuma dessas abordagens é adequada para ampliar estratégias de controle direcional para fluxo de calor em componentes metálicos.
Os Compósitos de Matriz Metálica (MMC) são produzidos a partir de pós moídos em esferas usando tecnologia de fusão a laser em leito de pó (LPBF).Um novo método híbrido LPBF foi recentemente proposto para fabricar ligas ODS 304 SS dopando precursores de óxido de ítrio em uma camada de pó 304 SS antes da densificação a laser usando tecnologia de jato de tinta piezoelétrico.A vantagem desta abordagem é a capacidade de ajustar seletivamente as propriedades do material em diferentes áreas da camada de pó, o que permite controlar as propriedades do material dentro do volume de trabalho da ferramenta.
Representação esquemática do método de leito aquecido para (a) pós-aquecimento e (b) conversão de tinta.Crédito da imagem: Murray, JW et al.Cartas sobre Manufatura Aditiva.
Neste estudo, os autores usaram tinta de jato de tinta Cu para demonstrar um método de fusão a laser para produzir compósitos com matriz metálica com melhor condutividade térmica do que o aço inoxidável 316L.Para simular um método híbrido de fusão de jato de tinta e leito de pó, uma camada de pó de aço inoxidável foi dopada com tintas precursoras de cobre e um novo reservatório foi usado para controlar os níveis de oxigênio durante o processamento a laser.
A equipe criou compósitos de aço inoxidável 316L com cobre usando tinta de cobre para jato de tinta em um ambiente que simula uma liga de laser em um leito de pó.Preparação de reatores químicos usando uma nova técnica híbrida de jato de tinta e LPBF que aproveita a condução térmica direcional para reduzir o tamanho e o peso geral do reator.É demonstrada a possibilidade de criar materiais compósitos utilizando tinta jato de tinta.
Os pesquisadores se concentraram na seleção de precursores de tinta Cu e no procedimento de fabricação de produtos de teste compostos para determinar a densidade do material, microdureza, composição e difusividade térmica.Duas tintas candidatas foram selecionadas com base na estabilidade à oxidação, baixo ou nenhum aditivo, compatibilidade com cabeçotes de impressão a jato de tinta e resíduo mínimo após a conversão.
As primeiras tintas CufAMP usam formato de cobre (Cuf) como sal de cobre.Hexafluoroacetilacetonato de viniltrimetilcobre (II) (Cu (hfac) VTMS) é outro precursor de tinta.Um experimento piloto foi conduzido para verificar se a secagem e a decomposição térmica da tinta resultam em mais contaminação de cobre devido ao transporte de subprodutos químicos em comparação com a secagem convencional e a decomposição térmica.
Usando ambos os métodos, dois microcupons foram feitos e sua microestrutura comparada para determinar o efeito do método de troca.A uma carga de 500 gf e um tempo de espera de 15 s, a microdureza Vickers (HV) foi medida na seção transversal da zona de fusão de duas amostras.
Esquema da configuração experimental e etapas do processo repetidas para a fabricação de amostras compostas 316L SS-Cu fabricadas usando o método de leito aquecido.Crédito da imagem: Murray, JW et al.Cartas sobre Manufatura Aditiva.
Verificou-se que a condutividade térmica do compósito é 187% superior à do aço inoxidável 316L e a microdureza é 39% inferior.Estudos microestruturais mostraram que a redução de fissuras interfaciais pode melhorar a condutividade térmica e as propriedades mecânicas dos compósitos.Para fluxo de calor direcional dentro do trocador de calor, é necessário aumentar seletivamente a condutividade térmica do aço inoxidável 316L.O compósito tem uma condutividade térmica efetiva de 41,0 W/mK, 2,9 vezes a do aço inoxidável 316L, e uma redução de 39% na dureza.
Comparado ao aço inoxidável 316L forjado e recozido, a microdureza da amostra na camada aquecida foi de 123 ± 59 HV, que é 39% menor.A porosidade do compósito final foi de 12%, o que está associado à presença de cavidades e fissuras na interface entre as fases SS e Cu.
Para as amostras após aquecimento e a camada de aquecimento, a microdureza das seções transversais da zona de fusão foi determinada como 110 ± 61 HV e 123 ± 59 HV, respectivamente, o que é 45% e 39% inferior a 200 HV para forjado-recozido Aço inoxidável 316L.Devido à grande diferença na temperatura de fusão do Cu e do aço inoxidável 316L, cerca de 315°C, fissuras nos compósitos fabricados foram formadas como resultado de fissuras de fluidização causadas pela fluidização do Cu.
Imagem BSE (canto superior esquerdo) e mapa de elementos (Fe, Cu, O) após aquecimento da amostra, obtido por análise WDS.Crédito da imagem: Murray, JW et al.Cartas sobre Manufatura Aditiva.
Em conclusão, este estudo demonstra uma nova abordagem para criar compósitos 316L SS-Cu com melhor condutividade térmica do que 316L SS usando tinta de cobre pulverizada.O compósito é feito colocando tinta em um porta-luvas e convertendo-a em cobre, depois adicionando pó de aço inoxidável por cima e depois misturando e curando em um soldador a laser.
Os resultados preliminares mostram que a tinta Cuf-AMP à base de metanol pode degradar-se em cobre puro sem formar óxido de cobre em um ambiente semelhante ao processo LPBF.O método de leito aquecido para aplicação e conversão de tinta cria microestruturas com menos vazios e impurezas do que os procedimentos convencionais de pós-aquecimento.
Os autores observam que estudos futuros irão explorar formas de reduzir o tamanho do grão e melhorar a fusão e mistura das fases SS e Cu, bem como as propriedades mecânicas dos compósitos.
Murray JW, Speidel A., Spierings A. et al.Síntese de compósitos de aço inoxidável 316L-cobre por fusão a laser.Folha de dados de fabricação aditiva 100058 (2022).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000329
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Surbhi Jain é redator freelance de tecnologia que mora em Delhi, Índia.Ela tem um Ph.D.É doutorado em Física pela Universidade de Deli e tem participado em diversas atividades científicas, culturais e desportivas.Sua formação acadêmica é em pesquisa em ciência de materiais com especialização no desenvolvimento de dispositivos e sensores ópticos.Ela tem ampla experiência em redação de conteúdo, edição, análise de dados experimentais e gerenciamento de projetos, e publicou 7 artigos de pesquisa em periódicos indexados no Scopus e registrou 2 patentes indianas com base em seu trabalho de pesquisa.Ela é apaixonada por leitura, escrita, pesquisa e tecnologia e gosta de cozinhar, brincar, jardinagem e esportes.
Jainismo, Surbhi.(25 de maio de 2022).A fusão a laser permite a produção de compósitos reforçados de aço inoxidável e cobre.AZ.Recuperado em 25 de dezembro de 2022 em https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59155.
Jainismo, Surbhi.“A fusão a laser permite a produção de compósitos reforçados de aço inoxidável e cobre.”AZ.25 de dezembro de 2022.25 de dezembro de 2022.
Jainismo, Surbhi.“A fusão a laser permite a produção de compósitos reforçados de aço inoxidável e cobre.”AZ.https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59155.(Em 25 de dezembro de 2022).
Jainismo, Surbhi.2022. Produção de compósitos reforçados de aço inoxidável/cobre por fusão a laser.AZoM, acessado em 25 de dezembro de 2022, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59155.
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