Modelagem estatística de Si

Aug 13, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 5416 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As propriedades de desgaste de compósitos híbridos de matriz de liga Al-Mg-Si feitos com compostos refratários à base de Si (SBRC) derivados de cinza de folha de bambu (BLA) como reforço complementar com alumina foram estudadas. O resultado experimental indica que a perda ideal por desgaste foi obtida em velocidades de deslizamento mais altas. A taxa de desgaste dos compósitos aumentou com o aumento do peso de BLA. %, sendo que os compósitos contendo 4%SBRC de BLA + 6% de alumina (B4) apresentam a menor perda por desgaste para as diferentes velocidades de deslizamento e cargas de desgaste consideradas. Com o aumento da porcentagem de peso do BLA, o mecanismo de desgaste dos compósitos foi principalmente desgaste abrasivo. Os resultados de otimização numérica usando projeto composto central (CCD) revelam que, com uma carga de desgaste de 587,014N, velocidade de deslizamento de 310,053 rpm e nível de composição de carga híbrida B4, respectivamente, respostas mínimas na taxa de desgaste (0,572mm2/min), taxa de desgaste específica (0,212 cm2/g.cm3) e perda por desgaste (0,120 g) seriam obtidas para o compósito híbrido desenvolvido à base de AA6063. Os gráficos de perturbação indicam que a velocidade de deslizamento tem mais impacto na perda por desgaste, enquanto a carga de desgaste tem impacto significativo na taxa de desgaste e na taxa de desgaste específica.

Os fabricantes estão constantemente em busca de materiais com boa relação resistência/peso para aplicações automotivas e aeroespaciais. Para isso, materiais compósitos especialmente compósitos com matriz metálica de alumínio (AMMCs) reforçados com materiais sintéticos como SiC, Al2O3 etc. Compósitos híbridos têm sido amplamente utilizados por pesquisadores para alcançar uma melhor resistência ao desgaste quando o reforço particulado de Al2O3 foi utilizado no projeto de AMMCs2. A partir de seu trabalho, os autores3 relataram que a porcentagem em peso (% em peso) de reforço é o fator mais significativo que influencia a taxa de desgaste dos compósitos que desenvolveram. Eles observaram que a carga e a velocidade de deslizamento seguiram simultaneamente na ordem de classificação significativa. Os resultados de4 concluíram que os compósitos híbridos desenvolvidos apresentam uma excelente resistência ao desgaste em comparação com a liga base e o compósito monolítico, respectivamente. Os resultados estatísticos obtidos do arranjo ortogonal utilizando Taguchi para velocidade de deslizamento, carga aplicada, distância de deslizamento e taxa de desgaste corroboram ainda mais os resultados.

Em estudos anteriores, cascas de arroz (CRs) foram utilizadas com sucesso na produção de compostos refratários à base de Si (SBRC)5. Foi relatado que esses compostos refratários contêm politipos de SiC que podem servir como materiais de reforço no projeto de AMMCs6. A investigação sobre a comparação do comportamento de desgaste e atrito da liga com matriz de alumínio (Al 7075) e do compósito com matriz metálica de alumínio à base de carboneto de silício sob condição seca em diferentes distâncias de deslizamento foi relatada . Eles mostraram a partir de seus resultados que a taxa de desgaste dos AMMCs reforçados com SiC era de cerca de 25–45%. Por outro lado, foi observada uma melhoria de cerca de 14% na resistência ao desgaste quando o SiC foi utilizado como reforço no projeto do AMMC em comparação com a liga monolítica8.

Neste estudo, tentamos usar o SBRC derivado do BLA como reforço complementar com alumina usando planejamento composto central (CCD) para analisar estatisticamente, modelar e otimizar os resultados experimentais. As descobertas deste estudo contribuiriam para a base de dados existente sobre a otimização de parâmetros de desgaste selecionados de compostos refratários à base de Si derivados de folha de bambu e liga de alumínio 6063 reforçado com alumina (AA6063).

AA 6063 (Al – Mg-Si) é o material base utilizado para este estudo, que foi fornecido como lingote por um fornecedor local. A composição elementar foi obtida utilizando um espectrômetro de faísca e o resultado é mostrado na Tabela 1. Os materiais de reforço utilizados neste estudo são alumina com tamanho de partícula de 30 µm e compostos refratários à base de Si (SBRC) derivados de folha de bambu com tamanho de partícula <60 µm. O magnésio foi utilizado para aumentar a molhabilidade entre o material de base e os reforços. Detalhes sobre a rota de síntese para o desenvolvimento do SBRC foram relatados anteriormente por5.