Desenvolvimento e caracterização de compósitos cerâmicos Al2O3-ZrO2 com reforço de TiN para aplicação em ferramentas de corte

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Costa, Adriana e Silva da
• Orientador(a): Chinelatto, Adriana Scoton Antonio
• Banca de defesa: Pallone, Elíria Maria de Jesus Agnolon , Salem, Raphael Euclides Prestes , Kubaski, Evaldo Toniolo , Serbena, Francisco Carlos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual de Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais
• Departamento: Setor de Ciências Exatas e Naturais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Compósitos cerâmicos avançados; Al2O3-ZrO2-TiN; Ferramentas de corte cerâmicas; Tenacidade à fratura e desgaste; Usinagem a seco
• Área do conhecimento CNPq: Engenharia e Ciência de Materiais
• Link de acesso: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4711

Os compósitos cerâmicos de alto desempenho têm sido objeto de frequentes estudos nas últimas décadas, visando à melhora das propriedades mecânicas e ao aumento da sua gama de aplicações em produtos tecnológicos. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e estudo de compósitos formados por alumina (Al2O3), zircônia (ZrO2) e diferentes quantidades de nitreto de titânio (TiN) — 1%, 3% e 5% em volume — com o objetivo de produzir ferramentas de corte para o processo de usinagem a seco. Essa técnica dispensa o uso de fluidos de corte, contribuindo para processos industriais mais sustentáveis. A escolha desses materiais se baseou na alta dureza e estabilidade da Al2O3, na capacidade da ZrO2 de aumentar a densificação e resistência à fratura e no TiN como reforço mecânico e redutor de desgaste. Os compósitos foram produzidos por sinterização convencional em duas temperaturas (1500°C e 1600°C) e caracterizados por técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica, análise química por EDS e ensaios mecânicos. Foram avaliadas propriedades como dureza, resistência à flexão, módulo de elasticidade, tenacidade à fratura, atrito e desgaste. Dentre as amostras, a composição com 5% de TiN (AZ5T) apresentou os melhores resultados: alta densificação, dureza de até 19,01 GPa e boa resistência à fratura e ao desgaste. Na fase final, as ferramentas experimentais produzidas com esses compósitos foram testadas no torneamento de ferro fundido nodular e cinzento, sem lubrificação. A ferramenta AZ5T sinterizada a 1600°C se destacou por manter a integridade do corte por mais tempo e causar menos desgaste, superando uma ferramenta cerâmica comercial usada como referência. Os resultados confirmam que o compósito Al2O3-ZrO2-TiN, especialmente com 5% de TiN, é uma solução promissora para ferramentas cerâmicas de alto desempenho, duráveis e ambientalmente mais adequadas para a indústria de usinagem. Esta pesquisa também amplia o conhecimento sobre o uso de materiais cerâmicos reforçados em condições severas de trabalho.