Extração e caracterização de grafita turbostratica obtida por misturas de pós de FE e SIC tratadas termicamente

Abstract

No presente trabalho, foi estudada a decomposição de SiC em matriz ferrosa para geração de nódulos de grafita durante tratamento térmico de homogeneização de misturas de pó de SiC + pó de Ferro. Foram adicionadas quantidades de 5%, 10%, 15% e 20% em massa de SiC à matriz de ferro. Os tratamentos térmicos foram realizados nas temperaturas de 1050, 1100 e 1150ºC. Com a adição de maiores quantidades de SiC, além da geração de nódulos de grafita, também são gerados compostos intermetálicos de Fe e Si, os quais fragilizam a matriz metálica do material. Esta fragilização é desejada, uma vez que se tem como objetivo a quebra e moagem do material para a extração mecânica da grafita. Após a preparação das misturas, estas foram encaminhadas para o tratamento térmico de formas distintas: A) na forma de corpos de prova compactados e B) na forma de pó solto (sem compactação) condicionado em recipiente adequado. Após o tratamento térmico de decomposição, as amostras do grupo A (compactadas) foram cominuídas utilizando-se nitrogênio líquido e impacto e, as amostras não compactadas (grupo B) utilizando-se um moinho SPEX. A grafita extraída nas diferentes composições, temperaturas e rotas, foi estudada por meio de espectroscopia Raman e MET para a identificação da característica turbostrática da mesma. Esta característica facilita o cisalhamento das lamelas de grafeno formadoras da grafita, levando a menores valores de coeficiente de atrito quando utilizado como lubrificante sólido. Após os estudos foi concluído que a composição de 15% em massa de SiC, tratada termicamente a 1150ºC, processada através da rota A, apresentou os resultados almejados para a geração e extração mecânica de material grafítico turbostrático.<br>

Abstract : The aim of this work was to study SiC particles decomposition at a ferrous matrix in order to generate graphite nodules during homogenizing thermal treatment of powder mixture: SiC powder + Fe powder. To the iron matrix were added the amounts of 5, 10, 15 and 20% in weight of SiC. Thermal treatments were done at temperatures: 1050, 1100 and 1150ºC. With higher SiC amounts, besides graphite nodules generation, Fe and Si intermetallic compounds are also formed, turning the metallic matrix more fragile. This matrix fragilization is wanted once the objective is to break and mill the material in order to do an mechanical extraction of the obtained graphite. After powder mixtures were prepared, they were lead to thermal treatments into two different paths: A) as pressed bulk samples and B) as loose powder (without pressing) placed in a suitable recipient. After thermal treatment, samples from group A (pressed) were milled using liquid nitrogen and impact and, the not pressed samples (group B) using an Spex mill. Extracted graphite at the different composition, temperature and process route was studied via Raman spectroscopy and TEM to identify turbostractic characteristic, which turn it easier graphene layers shearing, leading to lower friction coefficients when graphite is used as solid lubricant. This study concluded that composition of 15% wt of SiC with thermal treatment at 1150ºC, and processing route A presented the desired results for grafitc turbostratic material generation and mechanical extraction.