Neste processo, os pós metálicos são sinterizados na superfície do substrato, sendo bastante difundido nos processos de brasagem. São utilizados especialmente para substratos cerâmicos como a alumina, que graças a sua alta temperatura de fusão a deposição é efetuada com metais refratários. O tungstênio e o molibdênio são amplamente utilizados em função do seu baixo coeficiente de expansão térmica [72].
2.9.3 METALIZAÇÃO MECÂNICA
A técnica de metalização mecânica em superfícies cerâmicas está sendo largamente estudada, com o objetivo de conseguir a união metal/cerâmica por brasagem sem a utilização de ligas com metal ativo e a um custo reduzido [15, 51].
Este processo foi patenteado pelo Forschungzentrum Jülich da República Federal da Alemanha. Nele a principal característica é a simplicidade operacional, rapidez e custo reduzido. Foi desenvolvido inicialmente para metalização de alumina com geometria cilíndrica ou superfície plana, mas já está sendo testado em zircônia [8].
Este método é capaz de substituir tanto as ligas de adição ativas quanto os métodos de metalização químicos. Inúmeras vantagens estão relacionadas com este processo, tais como: metalização ocorre em temperatura ambiente, não são utilizados produtos químicos e resíduos perigosos não são formados. O processo é adequado para uma grande variedade de metais ou ligas de revestimento e a área a ser revestida pode ser escolhida. Além disso,
máquinas-ferramenta podem ser facilmente adaptadas e automatizadas para realizar tal tarefa [30].
A metalização mecânica é um processo com inúmeras vantagens, como [74]:
A deposição do filme metálico é feita por equipamentos convencionais, na temperatura ambiente e em uma única etapa;
A deposição do filme metálico pode ser aplicada apenas nas áreas que se deseja molhar com a liga de adição;
Processo de fácil automatização e que não exige mão-de-obra especializada;
Simplicidade e rápida execução; Baixo custo.
Normalmente, o titânio e suas ligas são os materiais metálicos mais utilizados na metalização mecânica, pois apresentam pobres propriedades tribológicas, com um elevado e instável coeficiente de atrito e um severo desgaste adesivo [75]. A desvantagem da utilização de titânio é devido a sua capacidade de absorver grandes quantidades de O2, N2, H2 formando soluções
sólidas intersticiais que propiciam o seu endurecimento a frio, o que, em princípio, pode dificultar o processo de metalização [76].
A metalização consiste basicamente em atritar um material metálico reativo, como o titânio, na superfície do substrato cerâmico como visto na figura 11. O atrito necessário para a deposição é obtido com máquinas-ferramentas convencionais que geram um movimento relativo sob pressão entre as duas superfícies.
Capítulo 3
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste capítulo, é apresentada uma descrição dos materiais, metodologias de preparo e seus respectivos parâmetros adotados, bem como os equipamentos e técnicas utilizadas na parte experimental. O fluxograma dos procedimentos usados na metodologia é mostrado na Figura 12.
Figura 12 – Fluxograma dos procedimentos usados na metodologia. 3.1 MATÉRIAS PRIMAS
Neste trabalho foram utilizadas 36 amostras de Zircônia e 36 amostras de Aço inox 304. Todas as amostras possuíam a geometria cilíndrica com 10 mm de comprimento e 8 mm de diâmetro cada.
As amostras foram divididas em 06 grupos, quanto à temperatura e o tipo de cerâmica. Segue abaixo a listagem dos conjuntos metal/cerâmicos utilizados ao longo deste trabalho, mostrado na tabela 01 abaixo
Tabela 1 - Conjuntos metal/cerâmicos. Conjuntos Metal/Cerâmicos
Cerâmica Temperatura
ZrO2 Y-TZP (metalizada) 860°C
ZrO2 Mg-PSZ (metalizada) 860°C
ZrO2 Y-TZP (metalizada) 880°C
ZrO2 Mg-PSZ (metalizada) 880°C
ZrO2 Y-TZP (metalizada) 900°C
ZrO2 Mg-PSZ (metalizada) 900°C
A escolhas das temperaturas e dos ciclos térmicos se deu através da leitura de trabalhos realizados que utilizaram esse tipo de liga de adição ou semelhante [4, 9, 50, 77, 78], e havendo a necessidade de se estudar uma melhor configuração da união as temperaturas sofreram variação levando em conta a temperatura de fusão da liga de adição de 780°C e a necessidade de se ter uma temperatura superior para garantir uma homogeneidade do sistema. A baixa taxa de aquecimento (5°C/min) permite uma gradual uniformização da temperatura do forno e em todo o conjunto metal/cerâmica. E com um tempo de brasagem de 15 minutos, utilizando um vácuo de 10-5 bar.
3.2 MATERIAL DE PARTIDA
O metal selecionado para o estudo foi o Aço Inox 304, pela semelhança entre seu coeficiente de expansão térmica e o da Zircônia 10,4 x 10-6/°C-1 e
tem sua composição química apresentada na tabela 02
Tabela 2 – Composição química do Aço inox 304 Composição Química (wt%)
Aço inox 304 C Mn P S Si Cr Ni
0,07 1,7 0,039 0,03 0,6 18 10
3.2.1 CERÂMICAS
Neste trabalho foi utilizado um tipo de material cerâmico com duas composições diferentes: zircônia parcialmente estabilizadas com ítria (yttria-
tetragonal zircônia polycristals, ZrO2 YTZP) e a zircônia parcialmente
estabilizada com magnésia (partially stabilized zirconia, ZrO2 Mg-PSZ). As
características técnicas destas cerâmicas avançadas, envolvendo as propriedades físicas e mecânicas são mostradas na Tabela 3.
Tabela 3 - Dados do Fabricante – Engecer Ltda.
PROPRIEDADES UNIDADE MATERIAIS
FÍSICAS
Composição - ZrO2 + MgO ZrO2 + Y2O3
Cor - Amarela Branca
Pureza % 99,0 – 99,2 99,0 – 99,2 Densidade Aparente g/cm³ 5,1 – 5,6 5,5 – 6,1 Porosidade Aberta % 0,0 0,0 TÉRMICAS Condutividade Térmica (20 °C) W/m.K 2,0 2,0 Condutividade Térmica (100 °C) W/m.K 1,5 1,7
Coef. Exp. Linear (25 a 1000ºC) 10-6/°C 5,0 – 6,5 9,0 – 10,0
Temp. Máx. de Uso (sem
esforço) °C 1000 1200
Temp. Máx. de Uso (com
esforço) °C n.a. n.a.
MECÂNICAS
Dureza (Rockwell) 45 N 76 83
Resistência à Compressão
(25ºC) MPa 1700 >2000
Resistência à Flexão (25ºC) MPa 600 900
Módulo de Young (E) GPa 204 206
QUÍMICAS
Ataque Ácido - Boa Regular
Ataque Alcalino - Excelente Boa
ELÉTRICAS
Resistividade (1000°C) W.m n.a. n.a.
Rigidez Elétrica KV/mm 2,0 - 10,0 n.a.
Constante Dielétrica 1 GHz n.a. n.a.
3.2.2 LIGA DE ADIÇÃO
A liga de adição utilizada foi a VH780 (Ag-Cu) produzida pela empresa alemã Brazetec GMblt – Germany. A liga de adição VH780 é uma liga Prata- Cobre (Ag-Cu) de composição eutética. Cuja composição e características são apresentadas na Tabela 3.
Tabela 4 - Composição e propriedades da liga de adição VH780.
MATERIAL LIGAS DE ADIÇÃO
VH780
Composição (%) Ag Cu
72,0 28,0
Propriedades
Densidade (g/cm³) 10,0
Módulo de Young (GPa) 83
Dureza (HV) 87
Alongamento 19
Conf. Exp. Térmica (x10-6/°C) 19,6
Temperatura de liquidus (°C) 779,0