Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento e caracterização de ligas multicomponentes refratárias à base de AlCrNiNbMoW obtidas por metalurgia do pó
Autor(es): MENDES, Jonas
Primeiro Orientador: RODRIGUES, Geovani
metadata.dc.contributor.advisor-co1: SILVA, Antônio Augusto Araújo Pinto da
Resumo: As ligas de alta entropia têm se destacado como uma alternativa promissora na produção de materiais com propriedades superiores. Dentre as ligas de alta entropia, destacam-se as refratárias, constituídas por elementos refratários. Elas representam uma inovação significativa no desenvolvimento de materiais para aplicações em altas temperaturas, que exigem estabilidade térmica, resistência ao desgaste e à oxidação em ambientes extremos. Compostas por cinco ou mais elementos principais em proporções equiatômicas ou próximas a isso, essas ligas apresentam alta entropia configuracional, favorecendo a formação de soluções sólidas estáveis, em contraste com as ligas convencionais. Tradicionalmente, essas ligas são produzidas por fusão, um método que apresenta desvantagens econômicas, ambientais e de produção, e também pode resultar em estruturas heterogêneas e segregação elementar. Com o objetivo de superar esses desafios, este estudo propõe a utilização da metalurgia do pó, que favorece a formação de ligas homogêneas com maior solubilidade no estado sólido, além de apresentar vantagens como baixo desperdício, produção rápida, sustentabilidade e inovação em relação aos métodos convencionais. Este estudo investiga a influência da variação nas proporções atômicas de Al e Cr na formação de fases e resistência à oxidação da liga refratária AlCrNiNbMoW produzida por metalurgia do pó, a variação foi feita em taxas de 25% desde a proporção equiatômica até a substituição total do Al pelo Cr. Os resultados obtidos mostraram que todas as ligas atingiram uma densificação de até 95% em relação ao valor teórico e apresentaram formação de microestruturas semelhantes, compostas por soluções sólidas com estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC) e fases de Laves. Nos ensaios de oxidação, observou-se a formação de óxidos de alumínio, nióbio, cromo e tungstênio. A liga Al4,2Cr29,2Ni16,7Nb16,7Mo16,7W16,7 destacou-se por apresentar o menor ganho de massa, de 0,037 g/cm², após 45 horas de isoterma de 1000 ºC. Foi observado que a redução do teor de Al favorece o aumento das frações de Ni, Mo e W e estabiliza o Nb na matriz. O aumento do teor de Cr teve pouca influência na resistência à oxidação. Este estudo evidencia o potencial dos efeitos da alta entropia no desenvolvimento de novas ligas refratárias, produzidas por metalurgia do pó, com microestruturas homogêneas e propriedades otimizadas para aplicações em altas temperaturas.
Abstract: High-entropy alloys have emerged as a promising alternative for producing materials with exceptional properties. Among these alloys, refractory alloys, comprising refractory elements, stand out for their significant innovation in the development of materials for high-temperature applications. These applications require thermal stability, wear resistance, and oxidation resistance in extreme environments. Composed of five or more principal elements in equiatomic or near-equiatomic proportions, these alloys exhibit high configurational entropy, facilitating the formation of stable solid solutions, in contrast to conventional alloys. Traditionally, these alloys are produced via fusion, a method plagued by economic, environmental, and production drawbacks, as well as heterogeneous structures and elemental segregation. To overcome these challenges, this study proposes the use of powder metallurgy, which fosters the formation of homogeneous alloys with enhanced solubility in the solid state. This approach offers advantages such as minimal waste, rapid production, sustainability, and innovation compared to conventional methods. This investigation examines the influence of varying atomic proportions of Al and Cr on phase formation and oxidation resistance in the refractory alloy AlCrNiNbMoW produced via powder metallurgy. The variation was implemented at 25% increments from the equiatomic proportion to the total replacement of Al by Cr. The results revealed that all alloys achieved densification of up to 95% relative to the theoretical value and exhibited similar microstructures, comprising solid solutions with body-centered cubic (BCC) crystalline structure and Laves phases. Oxidation tests revealed the formation of aluminum, niobium, chromium, and tungsten oxides. The alloy Al4,2Cr29,2Ni16,7Nb16,7Mo16,7W16,7 demonstrated the smallest mass gain (0.037 g/cm²). It was observed that reducing the Al content favors an increase in the fractions of Ni, Mo, and W, and stabilizes Nb in the matrix. The increase in the Cr content had little influence on the oxidation resistance. This study highlights the potential of high-entropy effects in developing novel refractory alloys via powder metallurgy, featuring homogeneous microstructures and optimized properties for high-temperature applications.
Palavras-chave: Lliga de alta entropia refratária
Ligas equiatômica e não equiatômica
Ligações mecânicas
Metalurgia do pó
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IFQ - Instituto de Física e Química
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Ciência e Engenharia de Materiais
Citação: MENDES, Jonas. Desenvolvimento e caracterização de ligas multicomponentes refratárias à base de AlCrNiNbMoW obtidas por metalurgia do pó. 2024. 144 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4355
Data do documento: 12-Dez-2025
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