Desenvolvimento de nanocompósitos de alumínio e grafeno pelo processo de forjamento por dobras acumulativas: estudo dos efeitos da variação de temperatura de recozimento e do teor de grafeno na microestrutura e propriedades mecânicas do material

Abstract

O presente estudo tem como objetivo investigar o efeito do novo método de forjamento por dobras acumulativas baseado na deformação plástica severa, buscando analisar os efeitos da variação da temperatura de recozimento e do teor de grafeno adicionado nas propriedades mecânicas e microestruturais de amostras monolíticas e nanocompósitos de alumínio reforçados com grafeno. Este processo de conformação mecânica consiste em repetidas dobras de uma lâmina metálica, com o intuito de promover o refino da microestrutura e o aumento das propriedades mecânicas do material como o aumento da microdureza. O grafeno, um material com elevada resistência mecânica e condutividade elétrica, tem sido amplamente estudado como um reforço potencialmente vantajoso para materiais compósitos. Nesse contexto, a presente pesquisa busca analisar a influência do teor de grafeno, sendo este adicionado em 0,35%, 1,17% e 1,75% em massa, e da temperatura de recozimento na microestrutura e nas propriedades mecânicas dos nanocompósitos de alumínio e grafeno. Para isso, serão realizados ensaios mecânicos, tais como ensaios de microdureza, além de análises microestruturais, incluindo a microscopia óptica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). Foram estudadas duas faixas de temperaturas de recozimento, sendo em 400°C e 500°C por 1 hora. Os dados indicaram que a temperatura de recozimento em 400°C resultou em um aumento inicial na microdureza, com um aumento da magnitude em comparação com a temperatura mais alta. As amostras com reforço de grafeno apresentaram um ganho no valor de microdureza de cerca de 40 Hv a mais em relação as monolíticas com o mesmo número de ciclos. De forma geral, as amostras apresentaram aumento das propriedades mecânicas, boa adesão das camadas, porém indicou que com uma alta concentração de reforço sem estar bem disperso na matriz, gera aglomerados que reduzem as propriedades que poderiam ser potencializadas. Os resultados obtidos fornecem informações valiosas sobre o processo de forjamento por dobras acumulativas, bem como sobre o efeito do grafeno atuando como reforço em nanocompósitos metálicos.

The present study aims to investigate the effect of the new cumulative bending forging method based on severe plastic deformation, seeking to analyze the effects of varying annealing temperature and added graphene content on the mechanical and microstructural properties of monolithic samples and nanocomposites of graphene-reinforced aluminum. This mechanical conformation process consists of repeated folding of a metallic sheet, with the aim of promoting the refinement of the microstructure and the increase of the mechanical properties of the material, such as the increase of microhardness. Graphene, a material with high mechanical strength and electrical conductivity, has been widely studied as a potentially advantageous reinforcement for composite materials. In this context, this research seeks to analyze the influence of the graphene content, which is added at 0.35%, 1.17% and 1.75% by mass, and the annealing temperature on the microstructure and mechanical properties of nanocomposites of aluminum and graphene. For this, mechanical tests will be carried out, such as microhardness tests, in addition to microstructural analysis, including optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Two ranges of annealing temperatures were studied, at 400°C and 500°C for 1 hour. The data indicated that the annealing temperature at 400°C resulted in an initial increase in microhardness, with an increase in magnitude compared to the higher temperature. The samples with graphene reinforcement showed a gain in the microhardness value of about 40 Hv more than the monolithic ones with the same number of cycles. In general, the samples showed an increase in mechanical properties, good adhesion of the layers, but it indicated that with a high concentration of reinforcement without being well dispersed in the matrix, it generates agglomerates that reduce the properties that could be enhanced. The obtained results provide valuable information about the cumulative bending forging process, as well as the effect of graphene acting as reinforcement in metallic nanocomposites.