Reaproveitamento de fibra de carbono residual na produção de um compósito metálico Ti-6Al-4V/fibra de carbono - Barreto, Glaucy Barbosa [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
O objetivo dos compósitos é combinar vantagens dos diferentes constituintes de modo sinérgico visando suprimir as limitações de cada um. Na indústria aeronáutica, tem-se um intenso investimento para o desenvolvimento de novas tecnologias, com a intenção de melhorar o desempenho, conforto dos passageiros, e de redução dos custos de operação da aeronave. Além disso, as novas regulamentações sobre emissões de gases poluentes e do aumento do preço de combustíveis resulta na busca por materiais estruturais leves, visando a economia de combustíveis fósseis. Compósitos metálicos são uma alternativa, no entanto, devido aos processos de fabricação complexos e caros, a adoção de tais materiais torna-se mais difícil. Porém, a metalurgia do pó na produção de compósitos é promissora e foi o principal incentivo para o desenvolvimento deste estudo, aliado à novidade de pesquisa de acordo com pesquisa na literatura. Neste trabalho, desenvolveu-se um procedimento para produzir, via moagem de alta energia, um compósito metálico com matriz de liga de titânio (Ti-6Al-4V) reforçada com fibra de carbono oriunda de tecidos residuais utilizados na preparação de compósitos estruturais via moldagem por transferência de resina (RTM). A fibra de carbono, representando 25 % em volume do compósito, após passagem por moinho de facas, foi dispersa em álcool isopropílico. Os pós dos metais precursores foram moídos por 24 horas em etapas de uma hora cada. Em seguida, a fibra dispersa e os pós da liga foram moídos de modo a misturar a matriz e o reforço. Foram produzidos corpos de prova em duas condições de sinterização diferentes, ambos em vácuo melhor que 10-5mbar, a 900ºC, sendo um por cinco, e outro por duas horas. A matriz, o reforço, e o compósito passaram por caracterização microestrutural e análise térmica. As propriedades mecânicas foram avaliadas por simulação com o auxílio do software FEMAP®. O compósito apresentou composição de fibra de carbono e matriz de carbeto de titânio, com algumas regiões metálicas de alumínio e vanádio, uma vez que houve difusão intensa do carbono pela matriz. Esse resultado reforça a necessidade de um ótimo controle de vácuo durante o processo. Além disso, em altas temperaturas, o titânio reage com elementos intersticiais, como o carbono e o oxigênio, de forma que, na análise térmica, verifica-se um ganho de massa da liga devido à formação de óxidos. Já a fibra de carbono perde massa com o aumento da temperatura, e o elemento carbono é eliminado na forma de gás, o que favorece a formação de poros no compósito.

The purpose of the composites is to combine advantages of the different constituents in a synergistic way to suppress the limitations of each one. In the aircraft industry, there has been an intense investment in the development of new technologies, with the intention of improving performance, passenger comfort, and reducing aircraft operating costs. In addition, new regulations on polluting gas emissions and rising fuel prices result in the pursuit of lightweight structural materials aimed at saving fossil fuels. Metal composites are an alternative, however, due to complex and expensive manufacturing processes, the adoption of such materials becomes more difficult. However, powder metallurgy in composites production is promising and was the main incentive for the development of this study, allied to the novelty of research according to research in literature. In this paper, a procedure was developed to produce, through high energy milling, a metallic composite whose matrix is Ti6Al-4V alloy reinforced with carbon fiber from residual tissues used in the preparation of structural composites via resin transfer molding (RTM) is presented. The carbon fiber, representing 25 % by volume of the composite, after knife milling, was dispersed in isopropyl alcohol. The precursor metal powders were grounded for 24 hours in one-hour steps. Then, the dispersed fiber and the alloy powders were grounded to mix the matrix and the reinforcement. Samples were produced under two different sintering conditions, both under vacuum better than 10-5mbar, at 900ºC, one during five, and one during two hours. The matrix, reinforcement, and composite underwent microstructural characterization and termal analysis. The mechanical properties were evaluated by simulation in a software named FEMAP®. The composite presented carbon fiber and titanium carbide matrix composition, with some aluminum and vanadium metal regions, since there was intense carbon diffusion by the matrix. This result reinforces the need for optimal vacuum control during the process. Moreover, at high temperatures, titanium reacts with interstitial elements, such as carbon and oxygen, so that, in the thermal analysis, there is an alloy mass gain due to oxide formation. Carbon fiber has lost mass with increasing temperature, and the carbon element is eliminated in the form of gas, which favors the formation of pores in the composite.
Repurposing residual carbon fiber in the production of a Ti-6Al-4V/carbon fiber metallic composite
Keywords: Materiais compostos; Fibras de carbono; Metalurgia do pó