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May 27, 2023

9 de janeiro de 2023

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A metalurgia do pó tem sido usada há muito tempo para produzir peças porosas, como bronze autolubrificante e rolamentos à base de ferro, por compactação e sinterização de pó, onde a porosidade pode ser preenchida com um óleo lubrificante para dar aos rolamentos porosos um baixo coeficiente de atrito ( COF) e alta resistência ao desgaste em uma ampla gama de aplicações. Agora, pesquisadores da Universidade do Leste da Finlândia e da Universidade de Ciências Aplicadas da Carélia, ambas em Joensuu, Finlândia, usaram moldagem por injeção de metal para produzir peças porosas de aço inoxidável 17-4 PH. As peças porosas de 17-4 PH são impregnadas com cera de parafina para fornecer as propriedades autolubrificantes necessárias. Os investigadores – M Kultamaa, K Monkkonen, JJ Saarinen e M Suvanto – apresentaram recentemente os resultados do seu trabalho num artigo publicado na Tribology International, Vol. 174, 2022, que indicou que novos tipos de componentes de aço inoxidável porosos, autolubrificantes e com baixo COF podem ser produzidos pelo MIM.

Os autores relataram que o pó de aço inoxidável poliMIM 17-4 PH martensítico endurecido por precipitação foi misturado com cloreto de sódio (NaCl), com uma distribuição de tamanho de 200–315 µm, como material detentor de espaço. A quantidade de NaCl variou de 10, 20 a 30% em peso. 1% em peso de cera de parafina também foi adicionado à mistura para aumentar a fluidez da matéria-prima poliMIM 17-4 PH contendo altas quantidades adicionadas de NaCl durante a moldagem por injeção. Os parâmetros de moldagem por injeção para as amostras retangulares com teor de NaCl e uma amostra de pino cilíndrico sem NaCl estão resumidos na Tabela 1. Como pode ser visto na tabela, as amostras com 30% em peso de NaCl necessitaram de uma temperatura de moldagem mais alta (210°C), bem como maior tempo de moldagem e maior pressão para compensar a maior viscosidade e menor fluidez da mistura de matéria-prima. Os parâmetros escolhidos garantiram o preenchimento completo da cavidade do molde e, consequentemente, uma qualidade uniforme da amostra entre as diferentes porosidades, que foi controlada pela quantidade de NaCl nas misturas de matéria-prima.

A remoção das peças moldadas foi realizada primeiro em banho-maria destilada a 60°C por 20 horas para remover o material de suporte de espaço NaCl e a parte solúvel em água do material aglutinante na matéria-prima em pó original. As partes marrons foram então secas a 100°C durante 2 h. As porosidades baseadas na perda de massa (%) das peças moldadas de aço inoxidável 17-4 PH antes e depois da desligação são fornecidas na Tabela 2.

Qualquer ligante residual foi removido das peças durante a etapa de sinterização, que foi feita até 1350°C em atmosfera de hidrogênio. A Figura 1 mostra imagens SEM em corte transversal da estrutura interna dos poros das amostras de aço inoxidável 17-4 PH sinterizado poroso. A quantidade de material detentor de espaço (NaCl) com 10% em peso (a) resultou em 23,2% de porosidade, com 20% em peso (b), 38,4% de porosidade; e, a 30% em peso (c), foi observada porosidade de 48,2%. As porosidades das partes porosas MIM sinterizadas foram calculadas a partir das densidades e a densidade média das amostras não porosas, 0% em peso, foi considerada como ponto de referência. A densidade da parafina utilizada foi de 0,90 g/cm3.

As peças de aço inoxidável sinterizado 17-4 PH porosas resultantes foram subsequentemente aquecidas a 100°C e imersas em cera de parafina fundida durante 15 min para permitir a impregnação da porosidade aberta. O excesso de cera de parafina na superfície das amostras porosas impregnadas com 17-4 PH foi limpo usando N-heptano para garantir que a lubrificação resultasse apenas da parafina armazenada na porosidade aberta das amostras.

COFs dinâmicos de amostras de aço inoxidável 17-4 PH porosas e não porosas foram medidas em condições de deslizamento a seco e lubrificadas com parafina. Pinos cilíndricos não porosos 17-4 PH com ponta esférica foram usados ​​como parceiros de atrito estático. Cada teste foi realizado pelo menos três vezes e em diferentes corpos de prova para garantir a repetibilidade e consistência dos resultados. Foram utilizadas cargas normais de 10 e 30 N com distância de deslizamento de 100 m.

Os autores relataram que a parafina reduziu significativamente o coeficiente de atrito de deslizamento para todas as amostras porosas sinterizadas de 17-4 PH sob carga normal de 10 N. Os valores mais baixos de COF foram registrados para as amostras com 20% em peso e 30% em peso de NaCl. A parafina impregnada na porosidade aberta das amostras porosas 17-4 PH foi considerada a única responsável pela redução do atrito de deslizamento. Os autores também observaram que, embora a quantidade de parafina impregnada nas amostras porosas de 10% em peso fosse baixa em comparação com as amostras de 20% e 30% em peso, foi suficiente para diminuir significativamente o atrito (COF = 0,15). Os valores de COF para amostras de 20% em peso e 30% em peso com carga normal de 10 N foram de aproximadamente 0,07. Os valores de COF com uma carga normal de 30 N para as amostras porosas sinterizadas 17-4 PH impregnadas com parafina foram semelhantes aos resultados com uma carga de 10 N.