Um efeito sinérgico no enriquecimento do Mg

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20053 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As ligas Mg-Al-Zn são amplamente preferidas em muitas aplicações, considerando suas excelentes propriedades de alta relação rigidez-peso, leveza, alta relação resistência-peso, baixa densidade, fundibilidade, propriedades mecânicas de alta temperatura, usinabilidade, alta resistência à corrosão e grande amortecimento. Melhorar as propriedades de tais ligas é um desafio devido à sua estrutura cristalina hexagonal e outras limitações de liga. Este estudo visa sintetizar a liga Mg-Al-Zn incorporando os elementos de liga 8,3% em peso Al, 0,35% em peso de Zn em magnésio puro (espécime de controle). Em seguida, sintetize o composto híbrido Mg–Al–Zn/BN/B4C reforçando B4C em três proporções de peso (3% em peso, 6% em peso, 9% em peso) juntamente com lubrificante sólido constante BN (3% em peso) por meio de um processo de fundição por agitação. As amostras compostas híbridas foram caracterizadas e comparadas com o desempenho da amostra controle. Os resultados revelam que 9% em peso de amostras reforçadas com B4C superaram o desempenho ao registrar a melhoria da resistência à tração em 28,94%, resistência à compressão em 37,89%, resistência ao escoamento em 74,63% e dureza em 14,91% do que o espécime de controle. Além disso, reduziu a área de corrosão (37,81%) e notou mudanças insignificantes na densidade (aumento de 0,03%) e porosidade (diminuição de 0,01%) do que o corpo de prova. As amostras foram caracterizadas usando aparelhos SEM, XRD e EDAX.

Os materiais de baixa densidade estão se tornando mais prevalentes em aplicações automotivas, aeroespaciais e marítimas devido à sua menor densidade e maior eficiência energética. Comparado com outros metais e ligas, o magnésio e suas ligas ganharam interesse devido ao seu desempenho menos denso e alta resistência à compressão. Além disso, o magnésio é reciclável com uma redução na emissão de CO2 é outra razão importante para cumprir as aplicações funcionais1. Apesar de suas excelentes propriedades físicas, esses materiais têm aplicações limitadas devido à baixa resistência, módulo e resistência ao desgaste, são altamente reativos e apresentam baixa resistência à fluência em altas temperaturas2. Essas desvantagens podem ser removidas aderindo aos métodos de processamento desejados e adicionando elementos de liga ou reforço3. Com base nos resultados apresentados, cerâmicas como Carboneto de Silício, Óxido de Alumínio, Carboneto de Boro, Nitreto de Silício, Dióxido de Titânio, Nitreto de Alumínio, Nitreto de Titânio, Óxido de Yettrium e Carboneto de Titânio têm sido utilizadas para fortalecer partículas compostas por compostos de magnésio4.Cerâmica reforços podem ser encapsulados com um material de matriz, levando a limitações. Aumentar a fração de peso de partículas únicas de reforço cerâmico no material da matriz aumentou a dureza, densidade, tenacidade e fragilidade, mas foi observada diminuição da ductilidade e porcentagem de alongamento5. Isso se deve à distribuição homogênea das partículas de reforço da liga da matriz, enquanto a aglomeração resulta em propriedades inferiores6. Os estudos da literatura determinaram que a inclusão do particulado secundário de cerâmica no material de origem fortalece o material por meio da redução do tamanho de grão, determina as propriedades mecânicas dos compósitos e se afirma como um compósito híbrido. Numerosos estudos foram realizados na síntese de compósitos híbridos de magnésio usando diferentes métodos de processamento e reforços7. A abordagem da metalurgia do pó foi usada para caracterizar o desempenho de desgaste de compósitos de magnésio. A inclusão do Grafite estendeu a resistência ao desgaste das misturas híbridas e reduziu as propriedades de microdureza8. O método de agitação semissólida foi empregado para desenvolver o comportamento dinâmico de tração de nanocompósitos híbridos de magnésio. Observou-se que o endurecimento por taxa de deformação foi distinto em diferentes temperaturas quando SiC e MWCNT em nanoescala foram usados ​​para reforço9. A inclusão de partículas de SiC efetivamente melhorou a taxa de desgaste de compósitos sintetizados devido ao reforço de fibras curtas e compósitos fundidos usando o método squeeze casting10. A metalurgia líquida tem sido usada para desenvolver as propriedades mecânicas do carboneto de boro e os complexos de mistura de magnésio endurecidos do grafite. A incorporação de grafite na liga da matriz resulta em uma diminuição nas características de desgaste11. A microestrutura e as propriedades físicas dos compósitos hibridizados de alumínio foram examinadas usando diboreto de titânio e nitreto de boro como peças de reforço, com a inclusão de BN tendo como objetivo principal aumentar a molhabilidade e, ao mesmo tempo, aumentar a resistência ao desgaste12. Com base na literatura, concluiu-se que a densidade influenciou significativamente a escolha do reforço para sintetizar compósitos híbridos de liga de magnésio. Caso contrário, a densidade de tais combinações aumentaria e seria incompatível com as propriedades de redução de peso para aplicações funcionais13. Como parte do estudo inovador proposto, reforços cerâmicos com materiais de baixa densidade foram escolhidos para o desenvolvimento contínuo de compósitos híbridos de liga de magnésio. Um estudo de literatura foi realizado para a lacuna de pesquisa explicativa, e algumas implicações para este estudo foram resumidas. As ligas Mg-Al-Zn têm uma estrutura cristalina hexagonal, que afeta propriedades fundamentais como tenacidade, flexibilidade e outras propriedades. Além disso, a energia superficial deste material é alta em comparação com outros materiais leves, como alumínio ou zinco. Ainda assim, tem menos resistência à corrosão e ao desgaste do que o alumínio. Também foi observado que em ligas de magnésio, 10% em peso de Al melhora a resistência à tração, dureza e capacidade de fundição aumentando o reforço da solução sólida, e 0,35% de Zn forma fases de MgZn2 ao longo dos contornos de grão, resultando em excelente endurecimento por idade e encontrado para fornecer características aprimoradas . No entanto, a adição de elementos de liga é restrita à liga básica de magnésio, pois é parte integrante da compatibilidade ambiental do material14. Verificou-se que apenas a adição de partículas cerâmicas de reforço, como boretos, carbonetos e nitretos, melhora as propriedades das ligas Mg-Al-Zn. Investigações adicionais sobre a molhabilidade de carboneto de boro e nitreto de boro com ligas de Mg-Al-Zn como partículas reforçadas por partículas para consolidar compósitos hibridizados foram consideradas insuficientes. Como o magnésio é altamente reativo e forma óxido de magnésio quando exposto à atmosfera, é uma grande desvantagem dessas ligas. Foi previsto que, adicionando baixa densidade de reforço a uma combinação de diferentes materiais de base, a densidade dos compósitos foi restaurada e suas propriedades mecânicas foram notavelmente melhoradas15. Uma análise literal constatou que a inclusão de reforço B4C de diferentes tamanhos de partícula resulta em maior resistência mecânica do material. Ainda assim, o reforço BN é limitado, apesar de ter uma densidade menor que B4C16. Ele também inferiu que o carboneto de boro e o nitreto de boro não foram extensivamente investigados como partículas reforçadas por partículas para consolidar o compósito híbrido à base de liga Mg-Al-Zn. Os particulados recomendados para reforço têm uma densidade menor de 2,5 g/cm3 e 2,1 g/cm3 para carboneto de boro e nitreto de boro do que outros reforços cerâmicos. Ao adicionar esta combinação de reforço em diferentes materiais de base, a densidade do material final (composto) foi restaurada e suas propriedades mecânicas melhoradas. Os efeitos fortalecem as propriedades da liga Mg-Al-Zn (91,35% em peso de magnésio puro, 8,3% em peso de alumínio, 0,35% em peso de zinco) reforçando B4C em três níveis (3% em peso, 6% em peso, 9% em peso) com constante lubrificante sólido BN de 3% em peso. ainda não foi informado até o momento. Como o BN é lamelar em uma estrutura como dissulfeto de molibdênio e grafite, e em comparação com estes, é um lubrificante sólido melhor. Devido a este fator, o BN é preferido como reforço secundário, e seu peso percentual é mantido constante na presente investigação. Portanto, esta parte da pesquisa aborda a síntese, caracterização e teste de amostras de compósitos híbridos Mg–Al–Zn/BN/B4C e comparando seu desempenho com ligas Mg–Al–Zn sintetizadas como fundidas (espécimes de controle).