A sinterização, também chamada de frittage, é um processo que densifica e liga partículas de pó a uma peça sólida, aplicando altas temperaturas abaixo do seu ponto de fusão. A sinterização mais comum é a sinterização por metalurgia do pó, usada para aumentar a resistência, a densidade e as propriedades mecânicas desejadas de peças de metal em pó.
Conteúdo
O que é o processo de sinterização?
A sinterização aquece o pó, fazendo com que os átomos se difundam, as partículas se aproximem, a área da superfície diminua e o formato mude.
Estágios de Sinterização
Geralmente, o processo de sinterização é dividido em três etapas: etapa inicial, etapa intermediária e etapa final.
Estado inicial
Partículas de pó formam pontos de contato por difusão. Gargalos começam a se formar nos pontos de contato e o material começa a se adensar ligeiramente. Nesse estágio, a maioria dos poros da peça está interconectada.
Estágio intermediário
Os pescoços entre os pós adjacentes cresceram e estão em contato uns com os outros, ou seja, entrando no estágio intermediário. Isso leva a uma diminuição da porosidade e a um aumento significativo da densidade.
Estágio final
Nesse ponto, a maioria dos poros está isolada. O gás nos poros retarda a densificação.
Quando a densidade da peça atinge 92%, quase todos os poros estão desconectados. Além disso, na fase final, a taxa de crescimento dos grãos é significativamente acelerada.
Temperaturas de Sinterização
A temperatura de sinterização dos metais está entre 60% e 80% do seu ponto de fusão.
Aqui estão algumas temperaturas comuns de sinterização convencional de metais:
- Temperatura de sinterização do ferro: 1120-1150 °C (2048-2102 °F)
- Temperatura de sinterização do cobre: 800 °C
- Temperatura de sinterização do aço inoxidável: 1250 °C.
- A temperatura de sinterização da cerâmica geralmente fica entre 1000 e 2000 °C.
Atmosfera de sinterização
A atmosfera de sinterização afeta as propriedades mecânicas e a aparência do produto final. As atmosferas de sinterização comuns incluem: hidrogênio, nitrogênio, argônio, vácuo e amônia decomposta. Suas principais funções são as seguintes:
- Evite que o ar externo entre no forno de sinterização e cause oxidação ou descarbonetação da peça de trabalho.
- A atmosfera de sinterização ajuda a reduzir a camada de óxido na superfície do pó compactado.
- Ajuda a queimar lubrificantes e adesivos na peça de trabalho.
Tipos de Processo de Sinterização
Os tipos comuns de processos de sinterização incluem: sinterização em fase sólida, sinterização em fase líquida, sinterização por reação, sinterização por micro-ondas, sinterização por plasma de faísca.
Sinterização em estado sólido
Sinterização em estado sólido É um processo impulsionado por difusão que une e densifica pós abaixo do seu ponto de fusão sem formar uma fase líquida. Ele se baseia na difusão atômica ao longo dos contornos de grão para reduzir a energia superficial e produzir uma microestrutura densa e estável.
sinterização em fase líquida
Sinterização em fase líquida É adequado para materiais difíceis de densificar por sinterização em estado sólido ou com altos pontos de fusão, como carboneto de tungstênio e carboneto de silício. As matérias-primas utilizadas na sinterização em fase líquida são geralmente pós de múltiplos elementos. Quando a temperatura de sinterização é superior ao ponto de fusão de um elemento ou excede o ponto eutético ou peritético entre os pós, uma fase líquida será produzida.
A sinterização em fase líquida pode aumentar efetivamente a taxa de sinterização porque a força capilar da fase líquida pode condensar o pó e os átomos se difundem mais rapidamente no líquido do que no sólido.
Sinterização em fase líquida permanente
A sinterização em fase líquida permanente ocorre quando a fase líquida sempre existe durante o processo de sinterização, como a sinterização do pó W-Cu.
Sinterização em fase líquida transitória
A sinterização em fase líquida transitória refere-se a um processo no qual uma fase líquida se forma durante o estágio inicial da sinterização, mas se solidifica no estágio posterior.
Sinterização por Plasma Spark
Sinterização por plasma de faísca (SPS), também conhecida como sinterização assistida por campo (FAST) ou sinterização por descarga elétrica, é um método de corrente pulsada assistida por pressão usado para fabricar cerâmicas, metais e materiais duros.
O SPS passa milhares ou até dezenas de milhares de pulsos de corrente contínua pela peça de trabalho, com uma taxa de aquecimento que chega a 600 °C/min. Combinando alta corrente, aquecimento rápido, alta temperatura e alta pressão, o SPS densifica as peças de forma rápida e eficiente.
Sinterização por micro-ondas
Nos últimos anos, a sinterização por micro-ondas surgiu como um método eficaz para a fabricação de cerâmica. Ao contrário da sinterização tradicional sem pressão, ela utiliza a perda dielétrica do material para absorver micro-ondas e gerar calor internamente. Isso permite que a placa cerâmica aqueça de forma rápida e uniforme por dentro, possibilitando tempos de sinterização mais curtos, temperaturas mais baixas e maior eficiência energética.
A sinterização por micro-ondas pode produzir cerâmicas de formas complexas com microestruturas mais finas e uniformes, além de maior densidade e resistência. Por exemplo, Janney sinterizou com sucesso Al₂O₃ a 1200 °C em 60 minutos — 250 °C a menos do que os métodos convencionais.
Sinterização sem pressão
A sinterização sem pressão é o método de sinterização mais amplamente utilizado, que requer apenas altas temperaturas e nenhuma pressão externa para fundir as partículas de pó. O processo de sinterização convencional da metalurgia do pó é a sinterização sem pressão.
Sinterização Reativa
A sinterização reativa é um tipo de processo de sinterização em que reações químicas ocorrem simultaneamente entre o pó metálico, levando à formação de fases líquidas ou compostos dentro do material.
A sinterização por reação pode aumentar a densidade do compacto verde para mais de 95% em poucos minutos. No entanto, devido à fase líquida gerada em seu interior, a peça de trabalho está sujeita à deformação. É comumente usada para formar materiais cerâmicos avançados, como carboneto de silício (SiC) e nitreto de silício (Si₃N₄).
Materiais usados para sinterização
O processo de sinterização pode processar uma ampla gama de materiais, principalmente os seguintes:
Metais
A maioria dos metais pode ser feita por sinterização, incluindo ferro, liga de ferro e cobre, bronze, latão, cobre puro, aço inoxidável série 300 e 400, liga de níquel, aço de liga, liga de titânio e materiais compostos magnéticos macios.
Esses materiais podem ser formados por compactação de matriz, moldagem por injeção de metal, impressão 3D e depois sinterizados em peças finais.
Cerâmica
Cerâmicas têm pontos de fusão extremamente altos e são difíceis de processar usando processos de fabricação tradicionais.
Cerâmica sinterizada incluem: óxido de alumínio, nitreto de alumínio, óxido de zircônio, nitreto de silício, nitreto de boro e carboneto de silício.
As cerâmicas são geralmente formadas por prensagem a frio, moldagem por injeção ou prensagem isostática e depois sinterizadas.
Plásticos
Plásticos sinterizados Possuem uma ampla gama de utilizações, incluindo silenciadores, etc. Os materiais plásticos sinterizados incluem: PP, PE, UPE, PA, PTFE, PVDF. Os plásticos sinterizados possuem alta eficiência de filtragem e estrutura leve.
Forno de sinterização
Convencional fornos de sinterização para metalurgia do pó incluem principalmente os seguintes tipos:
Forno de sinterização com correia transportadora
A temperatura operacional dos fornos de sinterização com correia transportadora é tipicamente inferior a 1150 °C, limitada pela resistência ao calor do material da correia. Consequentemente, esses fornos são geralmente utilizados para produtos à base de ferro e cobre. A correia transportadora geralmente se move a uma velocidade de 50 a 250 mm por minuto, com uma largura padrão de cerca de 500 mm.
Forno de sinterização por empurrador
Um forno de sinterização empurrador move os produtos através das zonas de aquecimento usando uma haste de pressão, oferecendo um alto nível de automação e operação contínua.
Forno de sinterização a vácuo
Os fornos de sinterização a vácuo podem atingir temperaturas muito altas, de até 2500 °C ou mais, tornando-os adequados para sinterizar materiais com alto ponto de fusão, como cerâmicas, carboneto de tungstênio e molibdênio. No entanto, sua principal desvantagem é a eficiência de produção relativamente baixa.
Vantagens e desvantagens da sinterização
Vantagens da Sinterização
O processo de sinterização oferece as seguintes vantagens:
- As peças fabricadas por sinterização apresentam alta consistência na qualidade de lote para lote.
- O processo pode atingir tolerâncias rigorosas.
- Sinterização por metalurgia do pó é rentável na produção em larga escala.
- A sinterização tem formato próximo ao líquido e não requer operações de acabamento secundárias.
Desvantagens da sinterização
Também tem algumas desvantagens:
- Peças sinterizadas convencionais têm poros e suas propriedades mecânicas podem não ser tão boas quanto as de peças usinadas ou forjadas.
- O processo convencional de sinterização de pó metálico requer um longo tempo de sinterização.
- O método de prensagem e sinterização também depende de um molde de pó de precisão, o que o torna menos adequado para produção em pequenos lotes.
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Perguntas frequentes
Qual é o processo de sinterização na fabricação de metais?
A sinterização na fabricação de metais é um processo térmico que fortalece pós metálicos compactados, aquecendo-os até um pouco abaixo do seu ponto de fusão. Durante essa etapa, a difusão atômica ocorre nos pontos de contato das partículas, formando ligações metalúrgicas e reduzindo a porosidade. O resultado é um componente denso e de alta resistência, cuja geometria e propriedades finais são definidas pela compactação do pó original.
Quanto tempo demora a sinterização?
Depende do método de sinterização.
A sinterização convencional por metalurgia do pó leva cerca de 4 horas.
A sinterização por plasma de faísca leva apenas de 5 a 10 minutos.
Qual é a diferença entre sinterização e recozimento?
A sinterização transforma o pó compactado em um componente com as propriedades mecânicas desejadas.
O recozimento é um processo de tratamento térmico que melhora as propriedades dos metais sólidos reduzindo a dureza e restaurando a ductilidade.
Qual é a diferença entre sinterização e fusão?
A sinterização é realizada abaixo do ponto de fusão do metal, normalmente entre 70 e 90%, unindo partículas sem transformá-las em líquido.
Em contraste, a fusão liquefaz completamente o metal, como visto nos processos de fundição.