Método de obtenção de nanofolhas de carbono derivadas da reação entre ferro e carbeto de boro

Abstract

Perdas por atrito e desgaste tem um grande impacto econômico e ambiental em escala global, pois estima-se que 23% de todo o consumo de energia tenha origem em contatos tribológicos. A aplicação de soluções mais eficientes para a redução dessas perdas é necessária, com potencial de reduzir o impacto em até 40% em 15 anos se as novas tecnologias de superfície, materiais e lubrificação forem absorvidas pela cadeia produtiva. Nesse contexto, o Laboratório de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina (LabMat/UFSC) tem longo histórico no desenvolvimento de soluções de lubrificação sólida. Em uma dessas soluções foram desenvolvidos materiais que contém nanopartículas de grafite 2D turbostrático geradas a partir da reação entre partículas de ferro e de carbeto de silício. Esse grafite na forma de nanopartículas tem potencial de aplicação em diversas soluções para redução do atrito e desgaste, como constatado com coeficientes de atrito abaixo de 0,05 em trabalhos anteriores. Um potencial identificado recentemente é que se pode se obter novas nanoestruturas de carbono a partir de outros carbetos, com possibilidade de obtenção de nanomateriais com propriedades únicas. Nesse sentido, o trabalho avalia o desenvolvimento de um método de síntese de partículas de carbono nanoestruturado baseado na reação entre ferro e carbeto de boro em duas granulometrias distintas (D50 = 1,5 e 10 um), seguida de uma etapa de extração desse material. São realizadas simulações termodinâmicas para determinar as condições de síntese, a amostra é extraída com ataque por ácido clorídrico para remoção dos subprodutos. O grafite isolado é caracterizado em MEV e EDS, sendo submetido a análise do comportamento tribológico quando impregnado em amostra de aço sinterizado poroso. Os resultados mostram a validade do método de síntese e a presença de esferas residuais de material ferroso identificadas pelo EDS. O desempenho tribológico da amostra impregnada com o grafite de maior tamanho médio foi superior em ambos os atributos avaliados, com durabilidade igual a aproximadamente 14 vezes a do grafite com menor tamanho (48644 N.m contra 3322 N.m do tamanho inferior). A taxa de desgaste encontrada nos sistemas foi 3 vezes superior para o grafite com menor tamanho médio (2,7 contra 0,9 mm3/N.m)