Atomização a gás da liga de alumínio AA2017: efeitos dos parâmetros de processo nas características físicas dos pós produzidos visando aplicação em manufatura aditiva

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Pinotti, Vitor Eduardo
Orientador(a): Gargarella, Piter lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/16491
Resumo: Gas atomization is the main method to produce metal powders for LASER powder bed fusion (L-PBF), which is an additive manufacturing (AM) technique. It produces metallic powders with suitable characteristics to be applied in AM/L-PBF. The optimization of the parameters involved in the gas atomization process is necessary to produce powders with good fluidity and high apparent density, which are preconditions to be used in the L-PBF. The choice of an optimal set of parameters can also provide an increase in powder production yield. However, the optimization of this process is complex, because there are many parameters involved and, therefore, a systematic study must be carried out to better understand their correlation with the powder’s characteristics and their application (e.g. MA/L-PBF, for that research). Based on this context, this work aimed to study the influence of the three main process parameters at two levels (nozzle diameter (0): 1.5-2.5 mm; superheating temperature (Δ): 75-150 ºC; atomization pressure (): 20-40 Bar) on the physical characteristics of AA2017 aluminum alloy powders. It was identified that the average particle size (50) was poorly affected by the variation of parameters, while the width of the particle size distribution curve was significantly altered. The more suitable powder to be applied in AM/L-PBF was produced in an experiment with a specific set of parameters (0=1.5mm; Δ =150 ºC; = 20 Bar). It presents appropriate fluidity (funnel of Carney) and suitable apparent density: 0.28 s/g and 1.51 ± 0.02 g/cm3, respectively. These behaviors occurred due to an optimal combination of granulometric distribution and morphology. Finally, mathematical analysis was performed, in which the results obtained experimentally were compared with theoretical calculations based on the Lubanska equation. A good correlation was observed between the measured and calculated mean particle size (R2 = 0.97).
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The optimization of the parameters involved in the gas atomization process is necessary to produce powders with good fluidity and high apparent density, which are preconditions to be used in the L-PBF. The choice of an optimal set of parameters can also provide an increase in powder production yield. However, the optimization of this process is complex, because there are many parameters involved and, therefore, a systematic study must be carried out to better understand their correlation with the powder’s characteristics and their application (e.g. MA/L-PBF, for that research). Based on this context, this work aimed to study the influence of the three main process parameters at two levels (nozzle diameter (0): 1.5-2.5 mm; superheating temperature (Δ): 75-150 ºC; atomization pressure (): 20-40 Bar) on the physical characteristics of AA2017 aluminum alloy powders. It was identified that the average particle size (50) was poorly affected by the variation of parameters, while the width of the particle size distribution curve was significantly altered. The more suitable powder to be applied in AM/L-PBF was produced in an experiment with a specific set of parameters (0=1.5mm; Δ =150 ºC; = 20 Bar). It presents appropriate fluidity (funnel of Carney) and suitable apparent density: 0.28 s/g and 1.51 ± 0.02 g/cm3, respectively. These behaviors occurred due to an optimal combination of granulometric distribution and morphology. Finally, mathematical analysis was performed, in which the results obtained experimentally were compared with theoretical calculations based on the Lubanska equation. A good correlation was observed between the measured and calculated mean particle size (R2 = 0.97).O principal método para produção de pós metálicos destinados a manufatura aditiva (MA) por fusão em leito de pó a LASER (L-PBF) é a atomização a gás. Ela produz pós metálicos com características adequadas para serem aplicados em MA/L-PBF. Porém, a otimização dos parâmetros do processo de atomização é necessária para a produção de pó com características específicas que levam a uma fluidez e densidade aparente adequadas para serem utilizados no processo de L-PBF. A escolha de um conjunto ótimo de parâmetros também pode proporcionar um aumento no rendimento de produção de pó. Todavia, a otimização da atomização a gás é complexa, pois envolve muitos parâmetros e, então, um estudo sistemático deve ser realizado para alinhá-los de acordo com a finalidade das partículas produzidas (e.g. MA/L-PBF, no caso desta pesquisa). Frente a isso, este trabalho teve como objetivo estudar a influência dos três principais parâmetros de processo em dois níveis (diâmetro do bocal (0): 1,5-2,5 mm; temperatura de superaquecimento (Δ): 75-150 ºC; pressão de atomização (): 20-40 Bar) nas características físicas de pós da liga de alumínio AA2017. Observou-se que o tamanho médio de partícula (50) foi pouco afetado pela variação dos parâmetros, enquanto que a largura da curva de distribuição granulométrica foi significantemente alterada. O pó que demonstrou ser mais adequado para ser aplicado em MA/L-PBF foi produzido em experimento que utilizou um conjunto de parâmetros específico (0=1,5mm; Δ=150 ºC; = 20 Bar), apresentando fluidez (funil de Carney) e densidade aparente adequadas: 0,28 s/g e 1,51 ± 0,02 g/cm3, respectivamente. Essas propriedades ocorreram devido à combinação ótima de distribuição granulométrica e morfologia. Uma análise matemática também foi realizada, na qual os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com cálculos teóricos baseados na equação de Lubanska. Identificou-se boa correlação entre o tamanho médio de partículas medido e calculado (R2 = 0,97).Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)2020/08145-1porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAtomização a GásPó MetálicoManufatura AditivaLigas de AlumínioGas AtomizationMetallic PowderAdditive ManufacturingAluminum alloysENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::INSTALACOES E EQUIPAMENTOS METALURGICOSAtomização a gás da liga de alumínio AA2017: efeitos dos parâmetros de processo nas características físicas dos pós produzidos visando aplicação em manufatura aditivaGas atomization of AA2017 alloy: effect of process parameters in the physical properties of powders for application in additive manufacturinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6006008cb1c1b0-0807-4073-8a7d-eba0dc29feafreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALVitor Eduardo Pinotti - Dissertação .pdfVitor Eduardo Pinotti - Dissertação .pdfVitor Eduardo Pinotti - Dissertaçãoapplication/pdf8207666https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/818ff343-9a58-401c-942c-8293bcd523d5/download73dcdd5e5702191c30f7b675becc1495MD51trueAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfCarta Comprovanteapplication/pdf328005https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a0b0c04b-965b-4fcc-9163-b02ac93550ef/downloade00b8ea62dd0b96063c8bb17eade5a96MD53falseCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a0922cf6-bbb3-4374-91db-1b8b238db829/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54falseAnonymousREADTEXTVitor Eduardo Pinotti - Dissertação .pdf.txtVitor Eduardo Pinotti - Dissertação .pdf.txtExtracted texttext/plain274128https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e6907405-2bc1-4834-893d-b6ccb938d48d/downloadefb519c3bbd80afa847e5c7788a753f1MD59falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtExtracted texttext/plain1538https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3b9ce99f-4d45-4e0c-a4fc-b9d78dfddd8e/download6e0dbdb1a74995aee79f31d627e789d8MD511falseTHUMBNAILVitor Eduardo Pinotti - Dissertação .pdf.jpgVitor Eduardo Pinotti - Dissertação .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6939https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c9ef39ad-6039-43d8-9228-975857c038e8/download9cbf27f15be103735b22b99a399c3553MD510falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8078https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5f6afa31-41e7-4822-825c-64d732590c29/downloadee152031b7ae0af7ac044d93d0086b3aMD512false20.500.14289/164912025-02-05 21:43:26.609http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/16491https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T00:43:26Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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