Estudo da produção de espumas de alumínio, utlizando a metodologia do processo alporas e carbonato de cálcio como agente espumante

Abstract

Uma opção de material estrutural ainda pouco utilizada são as espumas metálicas, em particular as espumas de alumínio produzidas pela metodologia Alporas. Esses materiais têm estruturas mais leves e podem ser obtidos sem perda de propriedades mecânicas, sendo sua utilização muito interessante para vários setores industriais, tais como indústrias de veículos especiais, de móveis e naval. Este trabalho visa, primeiramente, obter um equipamento que é capaz de cumprir suas espectativas e suportar todas as etapas de seu processo de produção, de modo a serem posteriormente avaliados utilizando-se as seguintes etapas para sua produção: aquecimento da matriz metálica de alumínio silício hipereutética até 700ºC; adição de 3,5% em massa de carbonato de cálcio particulado, dispersão do particulado com o auxílio de um rotor com pás a 1000 rpm e retirada do rotor com pás do banho após 3 min de mistura; estabilização do material dentro do forno para expansão da espuma por diferentes tempos (150, 300, 450 s); remoção do forno; e resfriamento ao ar ambiente. 9 amostras (3 para cada tempo de expansão) foram seccionadas transversalmente de 20 em 20 mm, sendo o primeiro corte realizado a 20 mm da base da amostra, somando-se 4 cortes com diferentes alturas, totalizando 36 amostras. As densidades, aparente e relativa, e porosidades dos materiais seccionados foram avaliadas. A parte superior de cada amostra foi analisada através do software ImageJ, obtendo-se morfologia, tamanho de poros, e dispersão da fração porosa. No ensaio de compressão, 9 amostras com 30x30x40 mm foram analisadas a uma taxa de compressão de 1,5 mm/min (3 para cada tempo de expansão). Neste, os resultados obtidos foram energia absorvida e eficiência de absorção de energia. A significância do tempo de processo, em circularidade, diâmetro dos poros e convexidade de área foram verificados por análise de variância com intervalo de confiânça de 95% e atrávés do teste Tukey. Por análise de efeitos, a menor média de diâmetro foi obtida em um tempo de expansão de 300 s e o melhor tempo de processo foi 450 s obtido pela análise morfológica. Através dos resultados do teste de compressão, a maior eficiência de absorção média foi obtida com um tempo de expansão de 450 s e, para magnitude média de energia de absorção, 450 s foi o melhor tempo.

Metalic foams, more specifically Alporas aluminium foams, is a new option of structural material which has not been widely used in mechanical strutures. These materials meet a few needs, have lighter structures and do not lose their mechanical properties, which is very attractive to various industrial sectors, such as special automobile, furniture and naval industries. This works firstly aims to obtain an equipment that is able to withstand and meet all the requirements of aluminium foam production processes by the Alporas methology. Afterwards, the equipment and process are going to be evaluated by following these steps: heating the metal matrix composite Al-Si hypereutectic to 700ºC; adding 3.5 w.t % particulate calcium carbonate powder by an rotor with blades at 1000 rpm; then removing it from the bath after about 3 min; stabilizing the material in the furnace to expand the foam for different times (150, 300, 450 s); and removing the material from the furnace, followed by fresh air cooling. 9 samples (3 for each expanding time) were cross-sectioned at every 20 mm, where the first section was 20 mm from its base. The other 3 sections had different heights, totaling 36 samples. The sectioned samples were evaluated according to gradual density (apparent and relative) and porosity. Afterwards, the top of each sample was analyzed via the ImageJ software in order to obtain morphology, pore size and dispersion of the porous fraction. In the compression test, 9 samples with 30x30x40 mm were analyzed, resulting in a compresion ratio of 1,5 mm.min-1 (3 for each expanding time). The obtained results were the absorved energy and energy absorption efficiency. Significance of process time , circularity, pore diameter and solidity were verified by the analysis of variance at 95% confidence level, and the Tukey test. The smallest average diameter obtained by the analysis of effects was after 300s of expanding time and the morphological analysis revealed optimal process time of 450 s. According to compression test results, the greatest efficiency of average absorption was obtained at an expanding time of 300 s, and the greatest magnitude of average absorption was obtained at 450 s.