Estudo da intensidade de deformação sobre a dureza e dispersão de grafeno em compósito de alumínio produzido por processo AFF

Abstract

Este trabalho teve como objetivo estudar a influência da intensidade de deformação sobre a dureza e dispersão do grafeno a partir de um compósito de matriz metálica de alumínio e grafeno. Para promover a intensa deformação plástica, proporcionando o endurecimento por refino de grão e uma melhor dispersão do grafeno, foi utilizada a técnica Accumulative Folding Forging (AFF). A influência da deformação plástica introduzida no material durante a obtenção das amostras pela técnica AFF foi verificada através da variação da dureza do material com o aumento do número de dobras a que foi submetido. Em geral, as amostras sem grafeno não apresentaram variação significativa da dureza com o número de dobras, independentemente do tempo de permanência no tratamento térmico, se beneficiando com o aumento da resistência mecânica em função do encruamento apenas quando não passaram por um tratamento térmico de alívio de tensões e recristalização após o processamento. Quando recozidas, estas amostras apresentaram uma leve redução da dureza com o aumento do tempo de recozimento devido ao maior tempo disponível para rearranjo de discordâncias e crescimento de grãos do material. Para as amostras contendo grafeno, a obtenção de um material coeso somente foi possível a partir da 9ª dobra, através da dispersão do grafeno entre as camadas pelas sucessivas deformações severas. A amostra com 15 dobras não submetida ao recozimento apresentou um aumento de 20,6% na dureza quando comparado a amostra de referência. Quando tratadas termicamente após a 15ª dobra, as amostras apresentaram um incremento significativo da dureza, sendo em média 39,1% superior para a amostra de referência. O aumento do tempo de recozimento não se traduziu no aumento da resistência mecânica, sendo observada uma redução da dureza média nas amostras recozidas durante 30, 60 e 120 minutos.

This work aimed to study the influence of strain intensity on the hardness and graphene dispersion of an aluminum composite and a metallic graphene matrix. To promote the intense plastic deformation, providing hardening by grain refinement and improved graphene dispersion, the Accumulative Folding Forging (AFF) technique was used. The influence of the plastic deformation introduced into the material during the obtaining of the samples by the AFF technique was verified through the variation of the hardness of the material with the increase in the number of folds to which it was subjected. In general, the graphene-free samples showed no significant variation in hardness with the number of folds, regardless of how long they remained in the heat treatment, benefiting from increased mechanical strength due to strain hardening only when they were not subjected to a stress relief heat treatment and recrystallization after processing. When annealed, these samples showed a slight reduction in hardness with increasing annealing time, due to the longer time available for disagreement rearrangement and grain growth of the material. For the graphene-containing samples, obtaining a cohesive material was only possible after the 9th layer, through dispersion of the graphene between the layers by successive and severe deformations. The sample with 15 folds not subjected to annealing showed a 20.6% increase in hardness when compared to the reference sample. When heat treated after the 15th bend, the samples showed a significant increase in hardness, being on average 39.1% higher for the reference sample. Increasing the annealing time did not translate into an increase in mechanical strength, with a reduction in average hardness being observed in the samples annealed for 30, 60 and 120 minutes.