Comp4TA
Compósitos Metal-Diamante avançados para aplicações térmicas

Desafio

Os compósitos à base de Cu têm sido utilizados no fabrico de componentes para as indústrias eletrónica e dos moldes, onde a extração de calor é um parâmetro crítico. No entanto, o cobre não satisfaz alguns requisitos necessários em algumas aplicações específicas, como por exemplo no fabrico de machos para moldes, onde são necessárias excelentes propriedades físicas, mecânicas e tribológicas, nomeadamente um baixo coeficiente de expansão térmica, elevada dureza e um baixo coeficiente de atrito (para resistirem ao desgaste), associadas a uma elevada condutividade térmica. Uma alternativa é a utilização de diamante como elemento de reforço de ligas à base de cobre. A sua elevada condutividade térmica faz com este material seja adequado no fabrico de componentes onde a dissipação de calor é um fator determinante.

Solução / Objetivo Principal

Objetivo Principal:
Reforçar a investigação, o desenvolvimento tecnológico e a inovação.

Este projeto propôs-se desenvolver novos materiais à base de uma liga de Cu-Be-Co texturada, reforçados à superfície com partículas de diamante funcionalizadas, de diferentes dimensões. Para tal, propôs a utilização de um processo de elaboração inovador que consiste em:
(i) Texturação da matriz por laser;

(ii) Funcionalização de partículas de diamante por recurso a uma liga de Cu-Sn-Ti, de baixo ponto de fusão;

(iii) Incorporação na superfície da liga Cu-Be-Co texturada por laser.

De modo a poder avaliar o impacto desta nova via de produção nas propriedades finais dos materiais obtidos, o projeto visou também a fabricação de amostras por metalurgia dos pós convencional, constituídas por um substrato de liga Cu-Be-Co e um revestimento compósito formado pela liga Cu-Be-Co e pelas partículas de diamante funcionalizadas.

Objetivos, Atividades e Resultados esperados / atingidos

Objetivos Atingidos:
Ao longo do projeto Comp4Ta, vários resultados novos relacionados ao design da superfície do composto no substrato CuBeCo na forma de mosaicos texturizados a laser 3D com resistência otimizada ao desgaste foram alcançados. A inovação nestes tipos de superfícies foi possível graças à otimização das dimensões das ranhuras, o que permitiu definir a densidade de área reforçada adequada, e ao projeto de ligas de brasagem Cu-Sn-Ti reforçadas com carbonetos específicos capazes de aumentar a adesão dos reforços de bigodes de diamante dentro da superfície composta 3D proposta. Para isso, várias misturas de whiskers de diamante (10 e 30% em peso) e ligas de brasagem com base no sistema Cu-XSn-YTi (5 <=X<= 20 e 5 <=Y<= 20) foram mecanicamente ligadas na presença de dois materiais esteáricos diferentes concentrações de ácido (1 e 3% em peso) para promover a nucleação de TiC nas superfícies dos bigodes de diamante, uma vez que a presença desses carbonetos permite aumentar sua molhabilidade dentro da liga de brasagem, aumentando assim a resistência de adesão dos bigodes de diamante dentro das fendas . A otimização dos parâmetros relacionados ao processo de liga mecânica (tempo e velocidade), a concentração de ácido esteárico, juntamente com as diferentes concentrações de Sn / Ti propostas, levaram a definir a matriz da liga de brasagem Cu-10Sn-15Ti como adequada para promover o desenvolvimento de alto teor de TiC na superfície dos bigodes de diamante (30% em peso).

As propriedades tribológicas dos mosaicos reforçados com diamante realizados sobre substratos CuBeCo foram avaliadas em condições extremamente abrasivas, utilizando para isso, testes alternativos de alta frequência, e óxido de alumínio e esferas de vidro soda-cal como contra corpos. Os resultados mostram como áreas de densidade reforçada maiores que 40% preenchidas com 30% em peso de bigodes de diamante brasados ​​com a liga Cu-10Sn-15Ti reforçada com carboneto pode melhorar a resistência ao desgaste da superfície CuBeCo não modificada em cerca de 80 e / ou 88% , dependendo da compactação alcançada durante o processo de sinterização realizado por Hot Isostatic Pressing (HIP).

A aplicabilidade dessas novas superfícies compostas, assim como os resultados mais destacados, foram divulgados em congressos internacionais; Euromat, bem como por escrever artigos publicados em Peer Review Journals (Q1) dentro das áreas tribológicas de Refratários e Metais Duros, Tribologia e Metalurgia do Pó.