Um processo de fabricação avançado para produzir hastes e tubos nanoestruturados diretamente de pó de liga de alumínio de alto desempenho - em uma única etapa - foi recentemente demonstrado por pesquisadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico.

Usando uma nova abordagem de processamento de fase sólida, a equipe de pesquisa eliminou várias etapas que são necessárias durante o processamento de extrusão convencional de pós de liga de alumínio, ao mesmo tempo que consegue um aumento significativo na ductilidade do produto (até onde um material pode esticar antes de quebrar).

Esta é uma boa notícia para setores como a indústria automotiva, onde o alto custo de fabricação tem historicamente limitado o uso de ligas de alumínio de alta resistência feitas de pós.

A pesquisa da equipe é descrita no artigo "Liga de Alumínio de Alta Ductilidade Feita de Pó por Extrusão por Fricção, "publicado na edição de junho de 2019 da Materialia .

Afastando-se da Extrusão Convencional

Ligas de alumínio de alto desempenho feitas de pó têm sido usadas há muito tempo em componentes leves para aplicações aeroespaciais especializadas, onde o custo não é um fator limitante. Contudo, essas ligas costumam ser muito caras para a indústria automotiva.

Um processo de extrusão típico para pós de liga de alumínio é intensivo em energia e processo, exigindo várias etapas para produzir o material em massa. Primeiro, o pó solto deve ser carregado em uma lata e os gases removidos usando um vácuo, que é chamado de "desgaseificação". A lata é então selada, prensado a quente, pré-aquecido, e colocado na prensa de extrusão. Após a extrusão, a lata é removida, ou "decaneado, "para revelar a parte extrudada em pó consolidado.

Neste estudo, a equipe eliminou muitas dessas etapas, extrusão de barras de alumínio nanoestruturadas diretamente do pó em uma única etapa, usando a tecnologia de extrusão e processamento assistido por cisalhamento da PNNL, ou ShAPE.

Extrusão de ligas de alumínio diretamente do enlatamento de elimates em pó, desgaseificação, prensagem isostática a quente, descascando, e pré-aquecimento do tarugo

No processo ShAPE, um pó - neste caso, um pó de liga de alumínio Al-12.4TM fornecido pela SCM Metal Products, Inc., uma divisão da Kymera International - é despejado em um contêiner aberto. Uma matriz de extrusão rotativa é então forçada no pó, que gera calor na interface entre o pó e o molde. O material amolece e extrude facilmente, eliminando a necessidade de enlatamento, desgaseificação, prensagem a quente, pré-aquecimento, e decanning.

"Este é o primeiro exemplo publicado de um pó de liga de alumínio sendo consolidado em extrusões nanoestruturadas usando um processo de etapa única como o ShAPE, "disse o cientista de materiais do PNNL Scott Whalen, quem conduziu o estudo.

Ele adicionou, "A eliminação das etapas de processamento e da necessidade de pré-aquecimento pode reduzir drasticamente o tempo de produção, bem como diminuir o custo e a energia incorporada geral no produto, o que pode ser benéfico para os fabricantes automotivos que desejam tornar os veículos de passageiros mais acessíveis, mais leve, e economia de combustível para o consumidor. "

Além de fornecer o pó de Al-12.4TM, Produtos de Metais SCM, Inc. realizou testes mecânicos para validar o desempenho do material resultante. PNNL e produtos de metal SCM, Inc. está agora colaborando em um projeto para o Office of Technology Transitions do DOE para aumentar o processo de extrusões de diâmetros maiores.

Ductilidade - é um alongamento

A eliminação das etapas de processamento e a redução do aquecimento não foram as únicas descobertas bem-sucedidas da equipe.

Embora ligas de alumínio de alto desempenho tenham historicamente mostrado excelente resistência, eles normalmente têm sido prejudicados por baixa ductilidade. Contudo, a equipe encontrou melhorias dramáticas na ductilidade da extrusão produzida pela ShAPE, medir a ductilidade que é duas a três vezes a encontrada em produtos de extrusão convencionais, e com força equivalente.

Para entender a razão do aumento substancial da ductilidade, microscopia eletrônica de transmissão foi usada para avaliar as microestruturas do pó e dos materiais extrudados. Os resultados indicaram que o método ShAPE refinou as segundas fases no pó - minúsculas partículas de reforço de materiais que não sejam de alumínio. O ShAPE reduz as partículas para tamanhos em nanoescala e as distribui uniformemente por toda a matriz de alumínio, aumentando a ductilidade.