O estudante Gustavo Henrique Truppel, orientado pelo Prof. Milton Pereira, Dr. Eng. e coorientado pelo Prof. Paulo A. P. Wendhausen, Dr.-Ing., defenderá sua dissertação na próxima quinta-feira (27/08), às 8h, por videconferência. A defesa é vinculada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Banca:
Prof. Milton Pereira, Dr. Eng. (Presidente/Orientador)
Prof. Walter L. Weingaertner, Dr.-Ing.
Prof. Milton S. F. de Lima, Dr. Eng. (ITA)
Dr.-Ing. Maria M. F. Barbosa (Fraunhofer IWS – Alemanha)
Título: “Manufatura Aditiva de Compósito à Base de Nd-Fe-B por Deposição por Energia Direcionada a Laser”
Resumo:
Ímãs permanentes à base da liga neodímio-ferro-boro (Nd-Fe-B) são aplicados em motores elétricos, processamento de dados, geradores eólicos, entre outras tecnologias. Eles podem ser classificados em dois tipos: sinterizados e compósitos. Quando comparados aos sinterizados, os compósitos são fabricados através da consolidação de materiais particulados à base de Nd-Fe-B e um ligante de distinta composição química e menor ponto de fusão. Entre as possíveis técnicas de processamento, a Manufatura Aditiva (MA) possui vantagens, pois permite uma diminuição dos custos dos ímãs permanentes devido ao potencial de redução de desperdícios de materiais associados à fabricação, como por exemplo corte, usinagem, entre outros. O estado da arte da fabricação de ímãs permanentes apresenta avanços de técnicas de MA, mas não são encontradas abordagens conjuntas entre o processo de Deposição por Energia Direcionada a Laser (DED-L) e ímãs compósitos metálicos à base de Nd-Fe-B. Considerando o cenário exposto, experimentos de MA de compósitos à base de Nd-Fe-B e um ligante metálico de baixo ponto de fusão (estanho, Sn) por DED-L foram efetuados. O objetivo do trabalho foi de analisar influências do processo e ressaltar suas vantagens, desvantagens e direcionamentos tecnológicos para desenvolvimento da abordagem técnica. Dividida em três etapas, a metodologia experimental buscou primeiro definir parâmetros de processamento (potência do laser, razão de sobreposição de cordões, entre outros) para posteriormente fabricar os compósitos. As deposições foram efetuadas com uma fonte de laser de fibra em conjunto a um cabeçote e bocal de revestimento a laser, estes acoplados a um sistema de movimentação por controle numérico. As matérias-primas de adição foram uma mistura de pó de Fe e de Sn (etapa inicial de definição de parâmetro) e uma de pó MQP-S (Nd-Fe-B) e de Sn (etapa da manufatura dos compósitos). As caracterizações dos resultados foram efetuadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), densidade de Arquimedes, magnetometria por histeresígrafo e difratometria de raios-x (DRX). A partir dos aspectos dimensionais e microestruturais, a fase inicial dos experimentos mostrou que uma faixa da potência do laser entre 120 e 150 W gerou cordões com características microestruturais similares a compósitos de matriz metálica. Logo, esses dados foram utilizados em simulações de MatLab para definir outras configurações de processo (razão de sobreposição de cordões, número de cordões por camada, entre outras). Após conclusão dos fatores constantes de processo, amostras de Nd-Fe-B e Sn foram processadas com potências variadas entre 90, 105 e 120 W. Foi observado que os diferentes níveis energéticos resultantes influenciaram a um aumento das médias de massa, densidade e uniformidade geométrica. Porém, as condições de processamento adotadas não preservaram as propriedades magnéticas da matéria-prima de Nd-Fe-B e resultaram em menores valores de coercividade intrínseca (Hcj) quando comparados aos de uma mesma mistura não processada por laser. A deterioração das propriedades foram relacionadas com transformações de fase e oxidação do pó de Nd-Fe-B. Assim sendo, foi concluído que a combinação atual dos parâmetros empregados e equipamento utilizado não é apta a produzir ímãs compósitos à base de Nd-Fe-B por MA. No entanto, os resultados mostraram que houve tendência de Hcj ser inversamente proporcional à potência do laser. Apesar da redução do desempenho magnético da matéria-prima de Nd-Fe-B, amostras de 90 e 105 W apresentaram características de ímãs e permaneceram aderidas a uma superfície metálica vertical após serem magnetizadas. Logo, a técnica demonstra potencial de aplicação. Para isso, são necessárias otimizações de infraestrutura (controle de atmosfera e feixe laser com maior diâmetro, por exemplo) e de configurações de deposição (maiores velocidades de deposição, controle da potência durante as deposições, entre outras).
Palavras-chave: Ímãs permanentes; Ímãs compósitos; Elementos de terras raras; Compósito de matriz metálica; Impressão 3D.