Extração química da grafita turbostrática gerada in situ pela dissociação do carbeto de silício em matriz de ferro puro durante tratamento térmico de sinterização

Abstract

Neste trabalho foi desenvolvida uma rota de síntese de obtenção de pó de grafita turbostrática gerada in situ a partir da dissociaão de carbeto de silício numa matriz de ferro puro durante tratamento térmico de sinterização e extraída quimicamente mediante ataque químico com ácido fluorídrico. A metalurgia do pó e a sinterização foram usadas para obter compostos Fe-SiC nos quais partículas de SiC forma usadas como precursores na geração de grafita turbostrática dispersa na matriz metálica. A seleção da composição da liga foi estudada por meio do software Thermo-Calc a fim de obter a faixa de temperatura e composição para estabilizar a fase grafita com o maior rendimento possível. O método de extração química da grafita utilizando ácido fluorídrico foi avaliado visando garantir as características estruturais da grafita geradas in situ durante o tratamento térmico de sinterização. Em determinadas amostras, obteve-se rendimento do processo de extração próximo (93,6%) da massa estequiométrica de grafita presente na mistura dos pós elementares. A estrutura e morfologia da grafita extraída foram avaliadas por espectroscopia Raman e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), indicando a natureza altamente desordenada da grafita turbostrática. A desorientação e o aumento das distâncias interplanares da grafita turbostrática induzem uma baixa interação entre seus planos atômicos, contribuindo para a obtenção de coeficiente de atrito baixo e a menor taxa de desgaste quando aplicada a sistemas tribológicos. As partículas de grafita extraídas foram dispersas em óleo mineral atuando como aditivo e experimentos tribológicos foram realizados para medir o desempenho de lubrificação do pó extraído. Reduções no coeficiente de atrito e na taxa de desgaste do par tribológico foram observadas para o óleo mineral aditivado com a grafita turbostrática quando comparado ao óleo mineral com aditivo comercial de grafita comercial e ao óleo mineral puro.

Abstract: In this work powder technology was used to obtain Fe-SiC composites in which SiC particles acted out as precursors to generate a large amount of turbostratic graphite dispersed in the composite matrix. The selection of the alloy composition was studied by means of Thermo-Calc software with the aim of obtain the temperature and composition range for the stabilization of graphite phase in iron with a high yield. Hydrofluoric acid was used to extract the turbostratic graphite powder from the metal matrix of the sintered samples. The yield of the chemical extraction process was 96.3% of the graphite stoichiometric mass contained in the elemental powder mixture for certain samples. The structure and morphology of extracted powder was evaluated by Raman spectroscopy and Transmission Electron Microscopy (TEM), indicating the highly disordered nature of turbostratic graphite. Powder of the turbostratic graphite was used for evaluated in order to apply these particles as additives for lubricating oils. The extracted turbostratic graphite particles were dispersed in mineral oil acting as an additive and tribological tests were performed. Reductions in the friction coef?cient and wear rate of a tribological pair were observed to mineral oil with turbostratic graphite additive when compared to mineral oil with commercial graphite additive and pure mineral oil. The misorientation and increase in interplanar distances of turbostratic graphite induce a low interaction between these atomic planes, which contribute with the low-friction coef?cient, and the smaller wear rate obtained for this system.