O carboneto de tungstênio-cobalto é um dos materiais mais duros da indústria, para o qual foi desenvolvida uma técnica de manufatura aditiva.
Este material pode cortar metal, concreto e rochas. Apenas a safira e o diamante são mais duros, além de ter grande resistência ao calor e ao desgaste.
Fonte: SciTechDaily (Traduzido para o Português)
A sua dureza também é o maior problema de fabricação. Uma vez que este material é formado, resiste à moldagem tão fortemente que a sua produção se torna lenta, desperdiçadora e cara, em comparação com a quantidade de produtos úteis que são produzidos.
O problema é relevante pois os carbonetos cimentados do carboneto de tungstênio-cobalto (WC-Co) são usados em qualquer lugar onde a abrasão e as cargas pesadas destroem rapidamente metais comuns, incluindo ferramentas de corte e construção. Hoje, fabricantes geralmente recorrem a metalurgia do pó, onde os pós de WC e Co são pressionados e sinterizados com pressão e calor muito elevados para criar um componente sólido de carboneto cimentado.
A desvantagem é a eficiência. A metalurgia do pó pode fornecer excelente dureza e durabilidade, mas geralmente, consome mais materiais caros do que a parte final exige e o rendimento sofre. O estudo explora uma rota diferente, combinando manufatura aditiva (MA), conhecida comumente como impressão 3D e irradiação de laser quente, buscando colocar o carboneto cimentado apenas onde é necessário, ao mesmo tempo que mantém o desempenho intacto com redução de desperdício e custo.
O estudo foi publicado na International Journal of Refractory Metals and Hard Materials.
Em vez de tratar o carboneto cimentado como um bloco que deve ser esculpido, os pesquisadores testaram se é possível construí-lo de forma mais seletiva usando MA. A ferramenta principal é a irradiação a laser de fio quente (hot-wire), que combina um feixe laser com um fio pré-aquecido. Preaquecendo o fio ajuda a aumentar a taxa de deposição (quanto de metal é adicionado) e melhora a eficiência do processo, reduzindo a energia que o laser precisa fornecer durante a reposição.
Os pesquisadores avaliaram duas formas de aplicar esta ideia. Em uma aproximação, o feixe de carboneto cimentado se move na frente da construção enquanto o laser irradia o topo da haste. Na outra, o laser lidera e incide sobre a região entre a base da haste de metal duro e o material de base (ferro). Em ambas as configurações, o objetivo é amolecer os metais em vez de fundi-los completamente, uma escolha que visa facilitar a formação do metal duro, limitando as condições térmicas extremas que podem danificar materiais duros e frágeis durante o processamento.
“Carbonetos cimentados são materiais extremamente duros usados em ferramentas de corte e aplicações similares, mas são feitos de matérias-primas muito caras, como tungstênio e cobalto, tornando a redução do uso do material altamente desejável. Usando manufatura aditiva, o carboneto cimentado pode ser depositado apenas onde é necessário, reduzindo o consumo de material.”, disse o autor correspondente Keita Marumoto, professor assistente da Escola de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia Avançadas da Universidade de Hiroshima.
Os resultados demonstraram que este método pode ser eficaz em manter a dureza e a integridade mecânica de carbonetos cimentados WC-Co fabricados de forma convencional, alcançando a dureza da base material de 1400 HV (uma unidade que representa a resistência a penetração), sem apresentar qualquer defeito ou decomposição.
A produção de moldes de carboneto cimentado sem defeitos parece possível, que é a principal meta do estudo, embora alguns resultados variem.
Por exemplo, o método em que a haste lidera parece levar à decomposição do carboneto de tungstênio (WC) na parte superior da peça, resultando em defeitos no produto final. O método em que o laser lidera também apresentou problemas em manter a dureza necessária para o sucesso do processo. Uma camada intermediária à base de liga de níquel foi adicionada e, juntamente com a manutenção e o monitoramento das temperaturas (acima do ponto de fusão do cobalto, abaixo da temperatura de crescimento de grão), permitiu a produção de carboneto cimentado produzido via MA sem sacrificar a dureza do material.
Os resultados promissores servem de trampolim para o aprimoramento do trabalho. Os pesquisadores gostariam de ver o trabalho progredir para resolver o problemas das fissuras, assim como criar formas mais complexas.
