Nanopartículas de grafite 2D turbostrático para aplicações tribológicas: avaliação do comportamento tribológico de compósito autolubrificante sinterizado em diferentes regimes de lubrificação

Abstract

O desenvolvimento de autolubrificantes é um dos focos do Laboratório de Materiais (LabMat) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC); em especial aquelas cuja matriz é ferrosa e após anos de pesquisa e aprimoramento, tornou-se possível criar um portfólio dessas ligas que conciliasse boa resistência mecânica e um baixo coeficiente de atrito. Sendo assim, o presente trabalho objetiva o estudo da lubrificação sólida, proveniente do compósito autolubrificante, aliada à lubrificação fluida e suas influências sobre o comportamento tribológico do componente. Para tal, selecionou-se uma liga, presente no portfólio do laboratório, na qual o comportamento autolubrificante é consequência da presença do carbono na forma de grafita (C) e do nitreto hexagonal de boro (hBN). O componente fora fabricado a partir da rota convencional da metalurgia do pó e posteriormente à sua produção, o mesmo passou pelo processo de calibração com três cargas distintas, a fim de garantir tanto precisão dimensional quanto acabamento superficial. Em seguida, realizaram-se análises microestruturais e topográficas, com o intuito de assegurar as características desejadas para a liga, além de auxiliar na interpretação de resultados obtidos a partir do estudo tribológico. Após a definição da superfície calibrada que melhor atendesse aos requisitos de projeto, o estudo avançou para a etapa final, na qual analisou-se os eventos tribológicos provenientes de dois grupos de amostras: o primeiro em condições secas, contendo apenas o lubrificante sólido e o segundo, em condições fluidas, com a adição de um óleo lubrificante. A fim de garantir sua disponibilidade durante todo o contato, as amostras passaram pela etapa de impregnação, na qual saturou-se a porosidade do material. Dessa forma, o presente trabalho destacou, em especial, a influência que tais processos – calibração e lubrificação – exercem sobre o comportamento tribológico do componente. Através dos resultados obtidos, foi possível comprovar os efeitos da calibração, que com a carga adequada podem ser benéficos, promovendo melhoras nas propriedades mecânicas e tribológicas; aumentando a vida útil do componente.

The study and development of self-lubricating materials has been one of the goals for those who work at LabMat – UFSC (Materials Laboratory), especially iron-based ones. After years of research and improvement, it is now possible to merge good mechanical properties and a low friction coefficient. Through the use of these results as a stepping stone, the present study ought to analyze the effects of solid and fluid lubrication over the tribological properties of a mechanical component. With that in mind and based on past studies, an alloy was selected, which lubricating properties originates from the introduction of graphite and hexagonal boron nitride (hBN). The component was manufactured through powder metallurgy and after being sintered it was calibrated using three different loads; to assure that it follows not only dimensional and finishing requirements but also provides credibility to future tribological results. This step yearns to analyze tribological events revolving around two different groups of samples: the first one being a solid-lubricant composite and the second one being a mix of solid and fluid lubricants. The oil, which is the fluid lubricant, is introduced through the saturation of the residual pores of the component. That being said, this work focus on reiterating the contribution of both calibration and fluid lubrification over the component’s tribological events. Through the results, it is possible to identify the effects of calibration as a process, and with the correct load it has proved to be beneficial, improving mechanical properties and and the lifespan of the component.