Nitreto-Hexagonal-de-Boro_Martini-e-Narco

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
	mATEUS FEIERTAG mARTINI
NARCO AFONSO MACIEJEWSKI
eSTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DE NITRETO HEXAGONAL DE BORO SÓLIDO COMO LUBRIFICANTE
	
FOZ DO IGUAÇU
2015
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
MATEUS FEIERTAG MARTINI
NARCO AFONSO MACIEJEWSKI
ESTUDO SOBRE A UTILIZAÇÃO DE NITRETO HEXAGONAL DE BORO SÓLIDO COMO LUBRIFICANTE
Projeto bimestral apresentado para avaliação da disciplina de Conformação e Fundição, da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, PR.
Orientadores(as): Prof. Aline Elly Treml
FOZ DO IGUAÇU
2015�
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS	4
LISTA DE TABELAS	5
RESUMO	6
1	INTRODUÇÃO	7
2	CLASSIFICAÇÃO GERAL DA SUBSTÂNCIA	8
2.1	Características da substância H-BN	8
2.2	Propriedades lubrificantes	8
2.3	Outras propriedades importantes	9
3	FORMAS DE UTILIZAÇÃO E APLICAÇÃO	11
3.1	Extrusão do alumínio	11
3.2	Lubrificação na extrusão à quente	12
3.3	Lubrificação por H-BN na extrusão do alumínio: aplicação	12
3.3.1	Método de aplicação	13
4 CONCLUSÃO	15
REFERÊNCIAS	16
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LISTA DE FIGURAS
9Figura 1 - Estrutura do Nitreto Hexagonal de Boro.	
Figura 2 - Exemplo de Extrusão Genérica................................................................................11
Figura 3 - Etapas do Processo Industrial de Fabricação de perfis de Alumínio.......................12
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LISTA DE TABELAS
8Tabela 1 - Propriedades quantificadas para Grafite e h-BN.	�
10Tabela 2 - Propriedades Quantitativas do h-BN, material sinterizado.	�
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RESUMO
No presente trabalho são feitas a conceituação teórica e observação empírica principalmente das propriedades lubrificantes da substância química Nitreto Hexagonal de Boro, quando aplicada, por exemplo, na prática da extrusão de ligas metálicas de Alumínio, suas outras aplicações e formas de uso.
Palavras-chave: Lubrificação; Nitreto; Hexagonal; Boro; Conformação.
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1 INTRODUÇÃO
Atualmente os lubrificantes são limitante de vários passos e avanços em processos inovadores e industriais, como em usinagem, em máquinas pneumáticas, em motores à combustão e entre os mais variados ramos da industria. Os lubrificantes mais utilizados são os sintéticos ou os semissintéticos na forma fluída, tendo como justificativa na maioria dos casos a facilidade de aplicação e a melhoria no processo utilizado.
No entanto, os lubrificantes na forma liquida nem sempre podem ser utilizados, como em processos onde não se possui a vedação necessária para aplicá-los. Assim, os lubrificantes sólidos podem ser utilizados com êxito e possuem uma maior viabilidade econômica, no geral.
Os lubrificantes sólidos estão presentes em vários equipamentos utilizados no dia a dia, como em bronzinas de motores à combustão contendo o bronze grafitado. Ou ainda, esses lubrificantes se destacam em processos de fabricação, diferentemente dos utilizados na forma liquida, como na extrusão, na trefilação e entre outros processos de conformação. 
.O grafite é o lubrificante sólido mais comum, por seu baixo custo e sua facilidade de extração. Outro lubrificante sólido é o Nitreto Hexagonal de Boro (h-BN), ou o grafite branco, que permite melhores características nos processos de fabricação de determinados materiais.
Neste presente trabalho, foi realizado um estudo sobre os conceitos envolvendo Nitreto Hexagonal de Boro e sua aplicação em extrusão de tarugos ou chapas de alumínio 
2 CLASSIFICAÇÃO GERAL DA SUBSTÂNCIA
Nitreto de Boro (BN) é uma substância química cerâmica utilizada em uma série de aplicações (por exemplo, metalização, a indústria de metal, cosméticos, indústria automotiva, fornos de alta temperatura, a gestão térmica, etc.). Este material muito versátil pode ser utilizado na forma de pós, revestimentos, na sua forma sinterizada ou como um compósito. 
O nitreto de boro tem sido produzido em várias formas cristalinas. A forma cristalina mais estável é o hexagonal, também chamado de h-BN, BN-α, ou G-BN (BN grafite). Tem uma estrutura em camadas semelhante ao grafite.
Características da substância h-BN 
As propriedades físicas da substância são principalmente regidas pela sua estrutura atômica. H-BN (Nitreto Hexagonal de Boro) consiste de uma estrutura em camadas eletrônicas que compreende uma rede de 3 anéis. BN é isoeletrônica com carbono, e, por conseguinte, h-BN é também conhecido como "grafite branco". 
A seguir, na Tabela 1, se detalham quantitativamente as propriedades da substância de estudo comparada ao grafite.
Tabela 1 - Propriedades quantificadas para Grafite e h-BN.
Considerando que a grafite tem condutividade metálica, nitreto de boro, entretanto, é um isolante. Isto é devido à ligação covalente inter-camada de átomos de boro e nitrogênio, que são onde estão localizados os elétrons livres. Isso também explica as diferentes cores de grafite (preto) e nitreto de boro (branco).
Propriedades Lubrificantes
Nitreto hexagonal de boro é um material que é um excelente candidato a se considerar para aplicações com gerenciamento térmico, devido a suas características lubrificantes. Este fenômeno é explicado devido às camadas hexagonais estarem ligados por ligações fracas de Van der Waals, que permitem que as camadas, indicadas pela Figura 1 deslizem facilmente contra entre si.
Figura 1 - Estrutura do Nitreto Hexagonal de Boro.
Portanto, h-BN é utilizado como um lubrificante sólido ou agente de libertação, quer como um corpo sinterizado (por exemplo, superfícies de moldes) ou aplicadas como pós ou suspensões (por exemplo, extrusão de alumínio ou molde de titânio).
Outras propriedades importantes
Outras importantes propriedades de nitreto de boro são a sua resistência de alta temperatura, alta resistência ao choque térmico, alta condutividade térmica, a sua inércia química, não-toxicidade e segurança ambiental.
A baixa molhabilidade por vidros e metais fundidos é mais uma vantagem do h-BN na utilização à 900°C.
Mais propriedades podem ser observadas quantitativamente a partir do material sinterizado, variando em relação à taxa de Óxido de Boro(B2O3), como a característica da presença de comportamento anisotrópico entre as direções perpendicular e paralelas à superfície, através da tabela 2 a seguir:
Tabela 2 - Propriedades Quantitativas do h-BN, material sinterizado.
3 FORMAS DE UTILIZAÇÃO E APLICAÇÃO
Extrusão do alumínio
A extrusão de alumínio  é um processo onde ocorre a deformação do tarugo do metal com o objetivo de adequá-lo aos mais diferentes tipos de aplicações. Tudo começa com o tarugo, que, após passar por um orifício que o modela para uma aplicabilidade específica, forma os perfis de alumínio utilizados na construção civil e em produtos acabados.
As vantagens dessa característica incluem a redução de custos através da eliminação de operações posteriores de usinagem ou junção, bem como a possibilidade de obtenção de seções mais resistentes através de adequada eliminação de juntas e uma melhor distribuição de metal. 
Em qualquer processo de extrusão, existem duas formas de executar o trabalho, que dependem da ductilidade do material. No caso do alumínio, o método utilizado é o da extrusão em alta temperatura (a quente). O fenômeno é parecido com o funcionamento de uma seringa de injeção, o tarugo de alumínio é injetado a alta pressão e temperatura e é impulsionado até um molde (matriz), pela qual sai ganhando o formato desejado. Depois desta etapa, toma a forma de peça sólida e pode ser cortado como o fabricante desejar.
Devido a sua imensa utilização na construção civil e na indústria moveleira, o material tem uma variedade infinita de perfis. Eles podem ser classificados como sólidos, nos quais a seção transversal não possui vazios circunscritos por metal. Já o perfil tubular é aquele que apresenta uma seção transversal com pelo menos um vazio totalmente circunscrito por metal. Há ainda os perfis semitubulares, cujas seções transversaistem vazios parcialmente circunscritos por metal.
Apesar da maleabilidade do alumínio, material que possibilita qualquer tipo de extrusão, existem alguns grupos de ligas que implicam uma maior faixa de propriedades para a extrusão, conferindo máxima eficiência no processo. Cada uma delas possui características individuais, podendo ser extrudadas com facilidade, outras requerem um processo mais complicado, que passa até mesmo pela redução na velocidade da extrusão.
A figura 2 demonstra um exemplo de processo de extrusão e a figura 3 mostra um exemplo de todos os passos para o processamento e comercialização de perfis de alumínio.
Figura 2 - Exemplo de Extrusão Genérica.
Figura 3 - Etapas do Processo Industrial de Fabricação de perfis de Alumínio.
Lubrificação na extrusão a quente
A lubrificação nos processos de extrusão é importante, pois reduz o atrito entre a matéria prima e a matriz, funcionando também como uma barreira térmica. 
Na extrusão a quente a matriz sofre desgaste excessivo, causado pela diferença de temperatura entre a matéria prima e a mesma. Assim a lubrificação se torna essencial nesse tipo de processo, protegendo a matriz e a matéria prima das deformações térmicas e mecânicas. Essas deformações se tornam não uniformes por causa da diferença de temperatura em torno do volume da matéria prima.
Os lubrificantes criam um filme sobre a matéria prima, tornando as deformações térmicas uniformes e facilitando as deformações mecânicas, por meio da queda do coeficiente de atrito.
A lubrificação em processos a quente inibe a produção da camada de óxido na superfície da matéria prima, aumentando conforme o aumento da temperatura. Com isso, diminui ainda mais o atrito gerado entre os componentes da extrusão, diminuindo a força e potência do processo de fabricação.
Lubrificação por h-BN na extrusão do alumínio: aplicação
O h-BN fornece um auxilio indispensável para pontos críticos (térmicos e mecânicos) no processo de extrusão de produtos, principalmente em alumínio. Esse aditivo assegura um fluxo suave, entre a matéria prima e a matriz, e produz uma superfície com bom acabamento superficial.
Um dos processos mais econômicos para dar forma às ligas de alumínio é a extrusão, oferecendo excelente liberdade de forma e alta produtividade. Para isso, o uso de lubrificantes no processo é indispensável, pois oferece uma variedade de vantagens. 
As principais vantagens oferecidas pelo h-BN no processo de extrusão do alumínio são:
excelente agente desmoldante e de lubrificação;
melhora segurança e limpeza na área de prensagem, não utilizando de chama ou de gás;
baixo consumo de pó;
frequência de aplicação reduzida, diminuindo o tempo de ciclo;
aumento da produtividade;
otimização da qualidade do produto;
não prejudicial à saúde.
O lubrificante h-BN pode ser encontrado e aplicado de três formas, em pó, em spray e em tinta. O processo de aplicação de cada método é descrito a seguir.
h-BN em pó: é aplicado eletrostaticamente à matéria prima e é um agente ideal de lubrificação entre o tarugo de alumínio e a ferramenta de extrusão. O lubrificante nesta forma é a base para os outros métodos de aplicação, mudando apenas a dinâmica de administração da substância.
h-BN em spray: cobre a superfície dos materiais assegurando máxima precisão e aparência de limpeza da superfície.
A superfície interna da matriz de extrusão é essencial para a qualidade e bom acabamento superficial do perfil produzido. Na superfície coberta, o aglomerante fornece uma boa adesão , e uma proteção desmoldante e lubrificante, o qual não é solúvel em água e, portanto oferece proteção anti corrosiva durante a estocagem da ferramenta. O h-BN assegura boas propriedades de lubrificação e desmoldagem, mesmo a altas temperaturas, sem deixar resíduos no produto em temperatura ambiente.
Sendo spray a superfície seca rapidamente, diminuindo o tempo do ciclo. Geralmente a fórmula do h-BN em spray contém 12% do aditivo, aglomerante, etanol e propano ou butano para a aspersão.
h-BN em tinta: aplicado na lâmina de corte previne o agarramento e assegura um corte perfeito no final do ciclo de extrusão.
Deste modo, o h-BN em tinta pode ser aplicado por aspersão ou pincel. A tinta não contém aglomerante e, assim a superfície é coberta de partículas de lubrificante puro, com excelentes propriedade de desmoldagem e lubrificação em um grande intervalo de temperatura. A tintura também possui boa condutividade térmica, é isolante elétrica e livre de componentes tóxicos.
Em geral, a fórmula da tinta contém apenas 10% do pó de h-BN, algum agente de dispersão e água.
3.3.1 Método de aplicação
O material inicial para a extrusão é um bloco cilíndrico de alumínio. Esses blocos são aquecidos a aproximadamente 450ºC e forçado por uma haste através da matriz para produzir perfis sólidos ou ocos. As ligas de alumínio possuem uma tendência de agarrar as paredes da matriz a essas temperaturas.
É, portanto necessário aplicar um agente desmoldante ou lubrificante entre a ferramenta de extrusão e o tarugo de alumínio.
Agentes lubrificantes convencionais, tais como óleos, graxas e grafite contaminam o produto e são de difícil utilização. Problemas facilmente resolvidos utilizando qualquer método de aplicação do h-BN. Esse pode ser aplicado facilmente tanto no agente de transporte (matriz) quanto no tarugo de alumínio facilitando e otimizando o processo de extrusão.
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4 CONCLUSÃO
Neste trabalho foi estudado o lubrificante h-BN, sendo pouco conhecido no dia a dia, a sua aplicação é de fundamental importância para a industria siderúrgica. Com este estudo foi possível perceber que a aplicação de lubrificantes na extrusão do alumínio é necessária e age otimizando o processo.
Para isso, foi estudado o efeito do h-BN na extrusão do alumínio, sendo atualmente o mais completo agente lubrificante e desmoldante aplicado à este material. Assim, foi visto as três formas de aplicação do lubrificante e suas propriedades físicas e econômicas.
Com isso, na pesquisa realizada para este trabalho, foi possível perceber que o limitante entre a forma mais adequada de se aplicar algum tipo de lubrificante é o custo. E o fator econômico é ainda responsável pela utilização na industria.
Por fim, observou-se que o lubrificante estudado é um dos mais adequados para se obter perfis de alumínio por meio da extrusão, no entanto, seu custo é elevado em relação aos outros tipos de lubrificantes como graxas, grafite e óleos. Por isso, esse lubrificante é de difícil comercialização e muitas vezes substituído por lubrificantes utilizados na extrusão de outros metais, como o aço, sendo viavelmente eficaz, mas não eficiente. 
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