Uso da técnica de co-injeção para fabricação de componentes multifuncionais

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Uso da técnica de co-injeção para fabricação de componentes multifuncionais

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Título: Uso da técnica de co-injeção para fabricação de componentes multifuncionais
Autor: Mayer, Douglas
Resumo: O tema desta investigação é baseado na produção e caracterização de componentes através da técnica de co-moldagem de pós por injeção de dois componentes (2C-PIM). A técnica 2C-PIM nasceu através da junção de duas técnicas estabelecidas, a co-injeção de polímeros e a moldagem de pós por injeção. Esta permite a manufatura de componentes compostos de diferentes materiais em diferentes regiões do mesmo, possibilitando assim diferentes propriedades em um mesmo componente, ou multifuncionalidade. Pesquisas anteriores caracterizaram este tipo de junção através do estudo da interface gerada entre ambos os materiais. Este estudo foi realizado via técnicas de microscopia eletrônica de varredura MEV. Ficou comprovado que é possível a união de dois materiais, sem a presença de defeitos macroscópicos, por interdifusão no estado sólido utilizando-se a técnica de co-injeção. Por conseguinte um dos objetivos deste estudo foi caracterizar mecanicamente o uso da técnica 2C-PIM na produção de componentes multifuncionais através de junções bi-metálicas, bem como no estudo de junções entre materiais metálicos e cerâmicos. Os pós de aços inoxidáveis (17-4PH martensítico) e (316L austenitico) juntamente com a liga (FeSi3 magnético mole) adquiridos em diferentes fabricantes, foram os materiais utilizados para o estudo das junções bi-metálicas. Objetivando compreender melhor este tipo de junção e seus mecanismos, variaram-se os parâmetros de injeção, considerados de maior influência, tais como velocidade de injeção, pressão de empacotamento e o resfriamento entre ambas as injeções. Os corpos de prova produzidos para o estudo das junções bi-metálicas foram caracterizados por análises térmicas, ensaios de tração e microscopias óptica e eletrônica. Para o estudo das junções metal-cerâmica, zircônia politetragonal estabilizada por 3 mols de Ítria, fornecido pela empresa TOSOH, foi o material cerâmico selecionado. Ao material cerâmico foram unidas ligas 420, 430 e 17-4PH em granulometrias diferentes. No estudo das junções metal-cerâmica foram ainda utilizados dois sistemas ligantes diferentes, um a base de poliamida e outro a base cera de parafina. A fim de aumentar a coesão das junções metalo-cerâmicas, titânio elementar foi adicionado a uma massa de injeção metálica específica. O papel do titânio é reduzir o ângulo de contato entre as partículas dos materiais diferentes promovendo maior molhabilidade entre os mesmos. As peças manufaturadas para o estudo destas junções foram também caracterizadas por meio de análises térmicas, microscopia óptica, termografia de infravermelho, tomografia computadorizada, caracterização química via espectro de energia dispersiva de raios X, e ensaios de tração. Através dos resultados obtidos via o estudo das junções bi-metálicas foi possível verificar que variações individuais nos parâmetros de injeção não acarretam mudanças significativas. Entretanto, foi constatado que as junções obtiveram sucesso segundo resultados mecânicos. Com relação aos resultados obtidos através do estudo das junções metalo-cerâmicas foi possível averiguar que as peças manufaturas com o ligante à base de parafina não alcançaram resistência mecânica a verde suficiente para o manuseio, comprometendo a seqüência do processamento.The subject of this research is based on the production and characterization of samples by the technology of two components powder injection molding 2C-PIM. This technology arose by the mixing of two well stabilised techniques, the polymers co-injection molding and the powder injection molding technique. Furthermore, the 2C-PIM technology allows the manufactory of components with two different materials at the same part. This, provide different properties at the same component, in other words multi-functionality. Previous research, characterized this kind of assembly by the study of the interface between both materials. The micro-structural investigation has proven, by means of SEM analyses, the technical feasibility regarding the connection of two different materials by diffusion. Nevertheless, one role of this project is characterizing mechanically these kinds of assemblies, by 2CPIM, through bi-metals joints, as well as through the study of connections between metals and ceramic materials. To start the study of bi-metals assemblies the stainless steel (17-4PH martensitic), (316L austenitic) and the alloy (FeSi3 soft magnetic) were chosen and acquired from different suppliers. In order to get better understanding of these kind of joints and its mechanisms, it were varied some injection parameters, those one assume as the most important, those like injection speed, packing pressure, cooling between injections as well as evacuation between injections. The tensile test specimens, produced for the study of bi-metal assemblies were characterized by thermal analyses, tensile test end microscopy optical and electronic. To the metal ceramic assemblies study Yttrium-stabilized polycrystalline tetragonal zirconia supplied by TOSOH was the ceramic material selected. In order to create assemblies between metal and ceramics 430, 420 and 17-4PH with different particles sizes were elected. At this study section two binders system were applied, one based on paraffin wax and a second one base in Polyamide. Intending to make the connection between both materials stronger, titanium was added to a specific feedstock. The titanium role is decrease the contact angle between the different materials particles providing wet ability. The samples manufactured for this part of the investigation, metal-ceramic assemblies, were characterized also by means of thermal analyses, optical microscopy, infrared thermograph, computer tomography, chemical analyses by energy dispersive x ray and tensile test. Through the results obtained by the study of bi-metals joints was possible to verify that single variations at the injection parameters did not bring significant changes. However, it becomes clear that these bi-metal assemblies were successful regarding mechanical results. Regarding the results obtained through the investigation about the metal-ceramic assemblies it was possible to verify that the samples manufactured via binder system based in paraffin wax did not reached green mechanical strength enough, to be handled. This behaviour was crucial to the following processing. Nevertheless, the samples produced via binder system based in Polyamide presented excellent connection and visual aspect.
Descrição: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2008.
URI: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/106623
Data: 2013-12-05


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