Preparação de nanocompósitos Ti3SiC2/Al via moagem mecânica de bolas

Este estudo explora o processo de criação de materiais nanocompósitos usando partículas cerâmicas de Ti3SiC2 de tamanho micrométrico e pó de Al através da moagem de bolas compostas. Vários tipos de esferas de moagem foram testados, com esferas de zircônia se mostrando mais eficazes no refino de partículas de Ti3SiC2 e na obtenção de dispersão uniforme na matriz de Al, ao contrário das esferas de aço e ágata que levaram à aglomeração. O pó compósito resultante, moído com esferas de zircônia, foi usado para produzir materiais nanocompósitos homogêneos a granel sob condições específicas. Em comparação com materiais não nanocompósitos, os nanocompósitos Ti3SiC2/Al exibiram maior dureza e resistência, mantendo as propriedades de fratura dúctil.

Os nanomateriais têm atraído atenção significativa devido às suas propriedades únicas, e suas técnicas de preparação tornaram-se um ponto focal na ciência dos materiais. A fresagem mecânica de bolas, conhecida por sua simplicidade e escalabilidade, tem sido amplamente utilizada para produzir materiais compósitos convencionais à base de metais e recentemente ganhou atenção para nanomateriais e materiais amorfos. Os pesquisadores têm utilizado esse método para produzir vários materiais nanocompósitos, mas há' O foco é limitado em nanocompósitos, especialmente aqueles envolvendo metais, principalmente devido aos desafios em alcançar a dispersão uniforme de partículas cerâmicas em nanoescala em matrizes metálicas.

A pesquisa existente muitas vezes requer partículas cerâmicas caras em nanoescala, limitando aplicações práticas. Assim, o uso de partículas cerâmicas de tamanho micrométrico para a produção de nanocompósitos enquanto controla os parâmetros de processamento torna-se um tópico atraente. Neste estudo, nanocompósitos de Ti3SiC2/Al foram preparados com sucesso usando pós de Ti3SiC2 e Al de tamanho micrométrico. Bolas de zircônia foram utilizadas durante a moagem das bolas, resultando em dispersão e refinamento uniformes das partículas de Ti3SiC2, com tamanho médio de partícula de cerca de 100 nm.

Materiais e Métodos

Foram utilizados pó de alumínio puro (99% em peso) e partículas cerâmicas de Ti3SiC2 de tamanho micrométrico (fração volumétrica de 10%). A fresagem mecânica de bolas foi realizada sob proteção de argônio usando uma fresadora de bolas QM-1SP4-CL. Várias esferas de moagem (aço, ágata e zircônia) foram empregadas. Após a moagem, os pós compósitos foram prensados em materiais a granel sob 550°C e 20 MPa de proteção de argônio. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para análise da microestrutura.

Resultados e Discussão

Diferentes bolas de moagem tiveram um impacto significativo na morfologia do pó. As esferas de zircônia produziram a dispersão mais fina e uniforme, enquanto as esferas de aço e ágata resultaram em maiores tamanhos de partículas e aglomeração. A moagem prolongada de bolas com esferas de zircônia refinou ainda mais as partículas de Ti3SiC2, atingindo um tamanho médio de aproximadamente 100 nm, indicando o potencial para a produção de nanocompósitos em larga escala. A escolha do material de fresagem desempenhou um papel crucial na obtenção de uniformidade e refinamento.

Materiais nanocompósitos volumosos, produzidos a 550°C e 20 MPa, mostraram uma distribuição uniforme de partículas de Ti3SiC2 com um tamanho médio de cerca de 100 nm. Em comparação com materiais não nanocompósitos, os nanocompósitos Ti3SiC2/Al exibiram maior dureza e resistência, mantendo as características de fratura dúctil. Isso sugere que, com os parâmetros de processamento corretos e materiais cerâmicos e de moagem adequados, é viável criar materiais nanocompósitos usando partículas cerâmicas de tamanho micrométrico como matérias-primas.

Conclusão

Em resumo, as esferas de zircônia mostraram-se eficazes no refino de partículas de Ti3SiC2 e na obtenção de dispersão uniforme na matriz de Al, levando à criação de nanocompósitos à base de alumínio a granel reforçados dispersos. O estudo destaca o potencial de preparação de nanocompósitos utilizando partículas cerâmicas de tamanho micrométrico, desde que sejam escolhidos materiais e parâmetros de processamento adequados. A escolha do material de moagem influencia significativamente o refinamento e a distribuição uniforme das partículas cerâmicas. Alcançar uniformidade e refinamento são considerações críticas na fresagem mecânica de bolas para diferentes sistemas de materiais.