Apostila Metalurgia do Po

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Escola Politécnica Universidade de São Paulo 
Departamento de Engenharia metalúrgica e de Materiais 
 
 
 
 
 
 
Processamento de Pós Metálicos e Cerâmicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Autor: Daniel Rodrigues 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
1. Introdução 
 
O termo “Metalurgia do Pó” será utilizado aqui como sendo um 
processo de conformação de metais, que envolve a produção de pós, 
conformação e sinterização, e tem como objetivo a produção de 
peças como as apresentadas na figura 1.1.’ 
 
 
Figura 1.1 – Exemplos de peças produzidas por metalurgia do pó. 
 
A figura 1.2 apresenta fluxograma do processo envolvendo a 
caracterização do produto final. Propriedades físicas, microestrutura e 
composição química da matéria prima (pós metálicos), juntamente 
com o processo de conformação, afetam as propriedades do produto 
final. 
 
Figura 1.2 – Características gerais do Processo “Metalurgia do Pó”. 
 
3 
A figura 1.3 apresenta diagrama de Venn que coloca a metalurgia do 
pó como rota única, cativa ou competitiva. A metalurgia do pó é 
única na produção de peças porosas (filtros e mancais), ímãs, 
contatos elétricos e escovas, metal-duro, etc. É cativa no caso metais 
refratários e reativos, difíceis de serem conformados por outros 
processos, e compete economicamente com usinagem, fundição 
forjamento, dentro outros processos de conformação de metais, já 
que é um processo eminentemente “near net shape”. A competição 
com outros processos de conformação é ilustrada na figura 1.4. 
 
 
Figura 1.3 – Nichos onde atua a Metalurgia do Pó. 
 
 
Figura 1.4 – Metalurgia do Pó e outros processos de conformação de 
metais. 
 
4 
2. Processos de Fabricação de Pós Metálicos 
 
Vários processos podem ser aplicados na fabricação de pós metálicos, 
podendo ser eles químicos ou físicos. Uma divisão mais didática seria 
a seguinte: 
 
a. métodos físico-químicos 
b. métodos eletroquímicos 
c. processos mecânicos 
d. atomização 
 
De um modo geral qualquer metal ou liga metálica pode ser 
transformada em pó por um destes métodos. O método mais 
conveniente deve principalmente considerar questões como 
reatividade, temperatura de fusão, estabilidade, etc. 
 
Dos métodos físico-químicos os mais importantes são decomposição 
gasosa, a redução e a hidretação. O processo eletroquímico típico é o 
eltetrolítico, embora a precipitação possa ser classificada como tal. O 
processo mecânico clássico é a moagem, e a atomização é o processo 
mais utilizado para produção de pós metálicos. 
 
 
2.1 – O Processo Carbonila 
 
A decomposição do gás Fe(CO)5 é conhecida desde a década de 30 e 
vem sendo usada para produção de pós de ferro com morfologia 
tendendo ao esférico e com tamanho de partícula entre 3 e 7m. 
 
Apenas recentemente este tipo de pó vem sendo utilizado no âmbito 
da metalurgia do pó. Sua aplicação mais intensa é limitada, devido ao 
reduzido tamanho de partícula e ao elevado teor de carbono presente 
no sinterizado, além do custo, que chega a ser cinco vezes o de um 
pó atomizado a água. No entanto, novos desenvolvimentos tem 
resultado na produção, em escala comercial, de partículas de ferro 
carbonila1 uniformes e submicrométricas. O ajuste da granulometria 
pode ser realizado através da moagem de aglomerados de ferro 
produzidos pela decomposição do gás pentacarbonila. 
 
Além de ser utilizado em metalurgia do pó, também o é na indústria 
de alimentos, na indústria química e eletrônica. Por ser 
extremamente fino e relativamente esférico os pós de ferro carbonila 
tem sido extensivamente utilizados na Moldagem de Pós por Injeção - 
MPI, contribuindo para o atendimento dos requisitos reológicos 
 
 
5 
mínimos que uma mistura deve satisfazer para que não apresente 
problemas durante a injeção. Além disto, se adequam bem à 
composição de ligas pré-difundidas, particularmente para o caso de 
ligas Fe-Ni e Fe-Co. 
 
Os teores de carbono, nitrogênio e oxigênio, relativamente altos nos 
pós de ferro carbonila, podem ser reduzidos quando da sinterização, 
desde que a mesma seja realizada sob atmosferas redutoras, com 
hidrogênio, ou mesmo sob vácuo. 
 
O material de partida para produção de ferro carbonila é o próprio 
ferro particulado, geralmente ferro esponja na forma de cavacos, na 
forma de partículas relativamente grosseiras. Este ferro reage com o 
monóxido de carbono sob pressão e em temperaturas relativamente 
elevadas. A reação do gás com o ferro pode ser expressa da seguinte 
forma: 
 
Fe + 5CO = Fe(CO)5 
 
O produto da reação é o gás ferro pentacarbonila - Fe(CO)5, que 
condensa formando um líquido amarelo, que possui uma densidade 
de 1,45 g/cm3 e ponto de ebulição de 103 oC. 
 
Na etapa seguinte este líquido é vaporizado e introduzido em reator, 
no interior do qual se introduz uma pequena quantidade de amônia 
(NH3). O reator é aquecido externamente fazendo com que o ferro 
pentacarbonila se decomponha, liberando monóxido de carbono (CO). 
O pó formado é coletado na parte inferior do reator, e o CO formado 
é reutilizado. A etapa seguinte envolve operações de moagem e 
desaglomeração, onde é definida a granulometria do produto. A 
figura 2.1.1 ilustra o processo de obtenção de ferro carbonila e a 
tabela 2.1.1 apresenta as características de pós de ferro obtidos por 
este processo. O tipo CIR passa por uma etapa de aquecimento sob 
hidrogênio, motivo pelo qual apresenta baixos teores de oxigênio e 
de carbono. 
 
Tabela 2.1.1 - Características de pós de ferro carbonila. 
Tipo daparente 
(g/cm3) 
d picnométrica 
(g/cm3) 
d batida 
(g/cm3) 
C 
(%peso) 
O 
(%peso) 
N 
(%peso) 
CIP-S1292 2,6-2,8 7,50-7,58 4,1-4,3 0,71-0,75 0,36-0,51 0,55-0,69 
CIP-S1641 2,5-2,7 7,51-7,62 3,9-4,2 0,72-0,78 0,24-0,38 0,72-0,86 
CIR-R1490 2,4-2,6 7,86-7,87 4,0-4,2 0,03-0,06 0,17-0,19 0,005-0,01 
 
6 
 
Figura 2.1.1- Fluxograma do processo de produção de ferro carbonila 
através de decomposição a partir de gás. 
 
A figura 2.1.2 apresenta a distribuição granulométrica de um pó de 
ferro carbonila determinado através de duas técnicas: sedigrafia a 
laser e análise de imagem. Não há grandes diferenças entre os 
resultados obtidos, sendo o tamanho de partícula da ordem de 4 m. 
 
Quando o pó de ferro carbonila é aquecido sob hidrogênio a remoção 
do nitrogênio e do carbono ocorre mesmo em baixas temperaturas, 
como 400-500 oC, o que não acontece quando utiliza-se vácuo ou 
argônio como atmosfera. O aquecimento também pode liberar gases 
adsorvidos, principalmente amônia e monóxido de carbono, gases 
presentes na decomposição do carbonila. 
 
Utilizando-se microscopia eletrônica de varredura com aumento 
considerável é possível observar, na superfície das partículas, uma 
estrutura composta de grãos com tamanho entre 50-60nm. Uma 
observação da seção do pó, conforme figura 2.1.3, permite um 
visualização da formação por deposição de camadas. 
7 
 
Figura 2.1.2 - Distribuição granulométrica para um pó de ferro 
carbonila. Laser e análise de imagem (JAPKA, 1991). 
 
 
 
 
Figura 2.1.3 – a) Aspecto de seção do pó de ferro carbonila e 
b) Aspecto morfológico e topográfico do mesmo pó. 
 
 
2.2 – Obtenção de Pós Metálicos por Redução 
 
 
 
A forma clássica para a fabricação de pós é a redução. O processo 
inicia-se com a obtenção de óxido relativamente puro, como 
8 
magnetita (Fe3O4) separada magneticamente. Óxidos são geralmente 
fáceis de mor. A redução é caracterizada pela geração de gases como 
monóxido de carbono e hidrogênio, e é realizada em baixa 
temperatura para evitar sinterização entre as partículas. Se por um 
lado o uso de baixa temperatura possibilita a obtenção de partículas 
mais finas, por outro, a taxa de redução é prejudicada. A 
temperatura ideal é um compromisso entre estes dois aspectos. Na 
redução há um grande volume de produtos de reação, de modo que o 
produto final é “esponjoso”, com o aspecto apresentadona figura 
2.2.1. 
 
 
 
Figura 2.2.2 – Aspecto típico para pó de ferro reduzido. 
 
Redução em temperaturas mais elevados pode tornar o produto mais 
“maciço”, e o controle granulométrico pode ser feito através de uma 
moagem posterior à redução, sendo necessário então um 
recozimento para recuperar a compressibilidade. 
 
A redução é dependente da temperatura do ponto de vista 
termodinâmico e cinético. Do ponto de vista termodinâmico, a 
estabilidade do óxido, considerando o gás redutor empregado, deve 
ser considerada. Para que haja redução, a deve haver decréscimo de 
energia livre. A redução de um óxido como o óxido de ferro FeO sob 
hidrogênio requer decréscimo de energia livre para a seguinte 
reação: 
 
FeO(s) + H2(g)  Fe(s) + H2O(s) 
 
Para ser determinada a variação de energia livre, gráficos e tabelas 
devem ser consultados. A constante de equilíbrio para um sistema 
fechado determina a razão de concentração final entre produtos e 
reagentes. A constante de equilíbrio fornece a razão entre estas duas 
9 
quantidades, e está relacionado a com a energia livre. Para o caso 
apresentado, redução de óxido de ferro com hidrogênio, a constante 
de equilíbrio pode ser expressa da seguinte forma: 
 
2
2
H
OH
P
P
k 
 
onde a razão é apresentada em termos de pressões parciais já que a 
atividade das fases sólidas são unitárias. A figura 2.2.3 mostra como 
o equilíbrio entre redução e oxidação depende da razão entre as 
pressões parciais dos gases envolvidos e da temperatura. 
 
 
Figura 2.2.3 – Razão entre pressão parcial de hidrogênio e água para 
a reação de equilíbrio de ferro puro em várias 
temperaturas. Se a razão estiver acima da linha de 
equilíbrio, ferro metálico é estável, e a redução 
ocorrerá. Por outro lado, acima da linha de equilíbrio, o 
óxido é estável. Abaixo de 560oC o óxido estável é a 
magnética Fe3O4, e acima desta temperatura o óxido 
estável é o FeO. 
 
Para que a redução aconteça, temperatura e atmosfera devem ser 
favoráveis, como indicado na figura 2.2.3. Para se completar a reação 
de redução, a fase gasosa é continuamente removida. 
 
Do ponto de vista cinético, devemos considerar a penetração do gás 
redutor na direção do interior do óxido. A figura 2.2.4 mostra que a 
reação de redução depende de vários processos simultâneos. Assim 
que o gás reage para formar metal puro, há movimento da interface 
na direção do óxido. 
10 
 
Figura 2.2.4 – Ilustração da redução parcial de uma partícula de 
óxido para formar metal puro. A redução é 
controlada pela difusão dos reagentes e dos produtos 
de reação. 
 
 
O gás deve penetrar na partícula de óxido. A taxa de redução pode 
ser limitada tanto pela taxa de difusão dos reagentes para o interior 
com pela saída dos produtos de reação. Normalmente uma destas 
etapas controla a redução. Já que a redução é um processo 
termicamente ativado (a taxa aumenta exponencialmente com a 
temperatura), elevadas temperaturas favorecem a reação. A cinética 
pode ser descrita pela lei de Arrhenius, onde a taxa de reação k 
depende da energia de ativação Q exponencialmente através da 
expressão: 
 
]exp[
RT
Q
Ak

 
 
onde, A é uma constante do material chamado de fator de freqüência, 
R é uma constante do gás, e T a temperatura absoluta. Ambos, uma 
energia de ativação baixa ou uma temperatura alta podem 
intensificar a taxa de redução. Normalmente a temperatura é a 
variável de processo mais fácil de ser ajustada na fabricação de pós, 
e a taxa de redução aumenta rapidamente com o aumento da 
temperatura. Por exemplo, na figura 2.2.5, que mostra a reação de 
redução do NiO sob H2 puro, verifica-se que a cinética de redução 
abaixo de 200 oC é baixa e praticamente nenhuma redução ocorre, 
apesar de ser termodinamicamente prevista. Pequenos aumentos de 
temperatura favorecem tremendamente a redução. 
11 
 
Figura 2.2.5 – O tempo para formação de pó de níquel a partir do 
óxido NiO é bastante sensível à temperatura de 
redução sob hidrogênio. 
 
A figura 2.2.6 apresenta ilustração de processo industrial para 
produção de pó de ferro a partir do óxido. A redução pode ser 
realizada em duas etapas, considerando dois diferentes redutores, o 
carbono e o hidrogênio. 
 
Afora o ferro, a redução também é aplicada a diversos outros metais 
como molibdênio, tungstênio e cobre. 
 
 
Figura 2.2.6 – Processo industrial para produção de pó de ferro por 
redução. 
12 
 
A figura 2.2.7 apresenta uma comparação entre a estrutura interior 
de pó produzido por redução e pó atomizado a água (que será 
discutido adiante). Fica claro que o pó atomizado é maciço e o 
reduzido possui elevada porosidade. 
 
 
Figura 2.2.7 – Comparação entre pó reduzido (acima) e atomizado a 
água (abaixo). Microscopia eletrônica de varredura a 
esquerda e seção polida a direita. 
 
2.3 Hidretação e Desidretação 
 
Pós de metais dúcteis, reativos e de alto ponto de fusão, para os 
quais moagem e atomização são complicadas, podem ser produzidos 
pela rota da hidretação (HdH). Pós de titânio e nióbio podem ser 
obtidos por este processo que envolve hidretação, moagem e 
desidretação e classificação. Pós de titânio produzidos assim podem 
ser utilizados no jateamento ou revestimento por plasma de 
implantes osteo-integráveis. Estes pós são podem também ser 
conformados, normalmente por compactação e sinterização. Pós de 
Nb produzidos por HdH são utilizados na fabricação de capacitores. 
 
No caso de Ti, sucata ou barras de são usados como material de 
partida. Após uma limpeza superficial, para remover principalmente 
produtos orgânicos a matéria prima é hidretada a 800-1000ºC em 
forno tubular, por algumas horas, sob H2 puro pressurizado, 
(~1.5 atm). O material hidretado é então moído em moinho de bolas, 
anéis, ou rolos por alguns minutos. O pó moído é classificado. A faixa 
de interesse é desidretada em temperatura até 700 oC por sob 
vácuo. A figura 2.3.1 apresenta aspectos morfológicos e de tamanho 
13 
de partícula para pó após desidretação, considerando o pó que é 
usado no jateamento de implantes , entre 100# (150m) e 200# 
(75m). É possível observar partículas irregulares dentro da faixa de 
classificação, no entanto também é possível observar partículas muito 
finas, do tipo “satélite”, aglomeradas às partículas maiores. 
 
 
. 
Figura 2.3.1 - Micrografia eletrônica de pó de Ti após desidretação. 
Classificado entre 100 e 200#. Pó utilizado em 
jateamento. 
 
A figura 2.3.2 apresente aspecto de pó de Nb produzido por HdH. 
Partículas bem finas e adequadas para a produção de capacitores 
onde o pó é compactado (baixa densidade), anodizado e então é 
introduzido o outro eletrodo, o MnO2. A figura 2.3.3 esquematiza o 
produto final obtido desta forma. 
 
14 
 
Figura 2.3.2 – Pó de Nb produzido por HdH para utilização em 
capacitores. 
 
 
Figura 2.3.3 – Ilustração do processo de fabricação de capacitores de 
Nb. Após produção por HdH, pó é compactado, 
anodizado e então o eletrodo de MnO2 é introduzido. 
 
 
A figura 2.3.4 apresenta micrografia eletrônica de pó de Nb após 
sinterização e antes da anodização. Observa-se uma estrutura 
extremamente porosa, adequada para a fabricação de capacitores. 
 
15 
 
Figura 2.3.4 – Nb sinterizado para fabricação de capacitores. 
 
2.4 Processo eletrolítico 
 
Um pó pode ser produzido por precipitação na superfície de um 
catodo dentro de uma célula eletrolítica sob determinada condições 
de operação. Exemplos comuns de pós metálicos produzidos por este 
processo incluem titânio, paládio, cobre, ferro e berílio. A principal 
vantagem do processo eletrolítico é a elevada pureza do produto 
obtido. O ciclo inicia-se com a dissolução do anodo pela geração de 
uma diferença de potencial na célula eletrolítica, como esquematizado 
na igura 2.4.1. 
 
Figura 2.4.1 – Formação de pó metálico (ferro) em célula eletrolítica. 
O material do anodo é dissolvido, depositando-se no 
catodo. Umadiferença de potencial externa ativa o 
processo. Depois da deposição, o depósito formado no 
catodo é lavado, seco, moído, classificado e recozido. 
16 
 
O transporte pelo eletrólito (sulfatos) é usado para purificar o metal 
formado. O depósito no catodo é removido, lavado e seco. O “cake” é 
então moído, classificado e recozido para remoção de tensões da 
moagem. 
 
O pó formado pelo processo eletrolítico é normalmente dendrítico ou 
esponjoso. As propriedades específicas do pó dependem das 
condições de processamento durante a deposição e também das 
operações posteriores. Depósitos porosos no catodo são favorecidos 
por altas densidades de corrente e baixa concentração de íons. 
Normalmente os banhos operam em temperaturas da ordem de 
60 oC, usando eletrólitos de alta viscosidade, e baixa agitação para 
possibilitar a obtenção de um “cake” de baixa densidade. Um 
exemplo de pó de cobre obtido por eletrólise é apresentado na figura 
2.4.2. O pó tem uma morfologia irregular, uma estrutura porosa com 
baixo empacotamento. 
 
Apesar do processo eletrolítico ser estabelecido tecnicamente como 
rota para produção de pós metálicos, alguns problema sobrevivem. O 
primeiro é que a estabilidade química do banho é muito sensível. 
Contaminantes podem dificultar a formação do depósito. Outro 
problema é que apenas pós elementares podem ser produzidos, o 
que limita muito o processo. Além disto, há a necessidade de um 
número de operações elevado após a formação do “cake”. 
 
 
 
Figura 2.4.2 – Pó de cobre obtido pelo método eletrolítico. 
 
2.5 – Precipitação 
 
Sais de metais dissolvidos como nitratos, cloratos e sulfatos podem 
ser tratados de forma a produzir um precipitado metálico ou um 
17 
precipitado contendo o metal de interesse. Precipitados envolvendo 
sais metálicos são mais adequados para a produção de pós. Um sal 
solúvel em água é precipitado pela ação de um segundo componente. 
O precipitado resultante pode então ser reduzido para obter-se um pó 
metálico fino. 
 
Uma alternativa seria através da reação de íons metálicos com 
hidrogênio para forma um precipitado metálico. Exemplos disto 
incluem o cobre, níquel e cobalto, na forma de pó com pureza 
superior a 99,8%. 
 
A técnica de precipitação possibilita a obtenção de pós compostos. 
Neste caso, uma fase é usada para nuclear a reação de precipitação. 
Exemplos de núcleos são a tória, a titânia e carbonetos de 
tungstênio. Estes pós compostos são usados no endurecimento por 
dispersão. 
 
Um outro uso da precipitação é para o caso de metais reativos como 
zircônio e titânio. Sais fundidos baseados em cloratos reagem com 
um metal como o magnésio de modo a produzir um pó esponjoso. 
 
Uma aplicação da precipitação é na produção de partículas de ferrite 
de bário (BaO.6Fe2O3) utilizada na fabricação de ímãs. Pós de ferrite 
são normalmente produzidos pelo método cerâmico, ou seja, pela 
reação entre Ba(CO)3 e Fe2O3 em alta temperatura. A precipitação é 
uma alternativa tecnicamente interessante principalmente pela 
pureza do produto obtido. A figura 2.5.1 apresenta esquema para 
produção de ferrites pro precipitação. Soluções básicas e salinas são 
misturadas obtendo-se um precipitado formado por cloretos, que é 
lavado, seco e calcinado em baixa temperatura. Desta forma é 
possível obter-se partículas extremamente finas e puras, adequadas 
para produção de ímãs por compactação e sinterização. 
 
18 
 
Figura 2.5.1 - Fluxograma para produção de ferrites por precipitação. 
 
O pó de ferrite produzido por precipitação bem como o processo de 
conformação são ilustrados na figura 2.5.2. Partículas tendendo ao 
bidimensional são alinhadas por campo magnético antes da 
compressão. O objetivo é que todas as partículas tenham uma 
direção cristalina, o que melhora desempenho magnética de ímã 
posteriormente obtido por sinterização. 
 
Figura 2.5.2 – Esquema do processo de conformação sob campo 
magnético de pós de ferrite obtidos pro precipitação. 
 
 
19 
2.6 Moagem 
 
A moagem através do impacto de bolas é o método clássico para 
obtenção de pós de materiais que sejam frágeis. Um container 
contendo bolas, como o ilustrado na figura 2.6.1, gira de modo a 
movimentar e arremessar as bolas que reduzem o tamanho das 
partículas por impacto e por atrição. A moagem não é muito 
“popular” no caso dos metais por serem muitos deles dúcteis. Ruído e 
contaminação são outras duas desvantagens da moagem. 
 
Figura 2.6.1 – Esquema de moinho de bolas. 
 
A figura 2.6.2 apresenta fotografia de moinho de bolas industrial. 
Apesar se ser um processo tipicamente realizado em bateladas, pode 
também ser conduzido continuamente, particularmente nos processos 
a úmido. 
 
 
Figura 2.6.2 – Vista de moinho de bolas usado industrialmente. 
 
20 
Obtém-se condições otimizadas ajustando a rotação do moinho para 
uma maior velocidade de impacto. Assim a velocidade é ajustado 
para levar as bolas até o topo do moinho para então serem 
arremessadas para o fundo. Baixas velocidades favorecem o processo 
de atrição. 
 
Para melhorar a eficiência na moagem por bolas, algumas condições 
devem ser estabelecidas. 
 
 em moagem convencional em moinhos de aço o volume de 
bolas deve ocupar de 40-50% do volume do moinho. O 
tamanho das bolas normalmente deve variar entre 12 e 
16 mm, ou cerca de 10 a 20 vezes o tamanho inicial das 
partículas 
 
 uso de vibração ao invés de rotação, já que a intensidade do 
impacto entre as bolas é maior na vibração. No entanto o ruído 
gerado é elevado. 
 
 uso de alternativas como moinho planetário ou moinho atritor. 
 
 uso de moagem a úmido, principalmente para evitar 
aglomeração. O uso de aditivos para evitar a aglomeração pode 
ser bastante eficiente. 
 
Como mencionado, uma alternativa eficiente ao moinho de bolas 
tradicional é a moagem em moinho atritor. A figura 2.6.3 ilustra 
esquematicamente um moinho atritor. Trata-se de um container fixo 
no interior do qual o pó (ou mistura de pós) e introduzido juntamente 
com um conjunto de bolas. Um eixo acoplado a um sistema agitador 
movimenta as bolas, que por atrito vai moendo o pó. A figura 2.6.4 
apresenta foto de moinho atritor de laboratório. 
 
Figura 2.6.3 – Esquema de moinho atritor. 
21 
 
 
Figura 2.6.4 – Moinho atritor de laboratório. 
 
Moinhos atritores industriais, como os usados na fabricação de pós de 
metal-duro ou pós para fabricação de ímãs (ferrite e terras-raras) 
podem ser de batelada ou contínuo, como ilustra a figura 2.6.5. 
 
 
Figura 2.6.5 – Moagem em atritor por batelada e continuamente. 
 
22 
Quanto mais fino o pó de entrada maior a eficiência na moagem em 
atritor, conforme ilustra a figura 2.6.6, que ainda compara a moagem 
em moinho planetário e moinho atritor. 
 
Figura 2.6.6 – Efeito da granulometria inicial na eficiência de moagem 
de TiB2 para moinho planetário e atritor. 
 
 
Uma das aplicações da moagem em moinho atritos é na chamada 
“mecanosítese” ou “mechanical aloying”. Através desta técnica pós de 
natureza diferente são misturados e moídos de modo a se ter ou uma 
dispersão ou mesmo uma dissolução. A figura 2.6.7 ilustra a 
dispersão de partículas duras numa matriz metálica mole e a 
evolução da microestrutura com o tempo de moagem. 
 
Figura 2.6.7 – Ilustração de dispersão por “mechanical alloying” em 
moinho atritor 
 
 
 
23 
2.7 Atomização 
 
Nos últimos 30 anos a Metalurgia do Pó tem se voltado para vários 
processos de fabricação de pós, envolvendo metal líquido, 
genericamente denominado de atomização. Anteriormente ao 
desenvolvimento dos processos de atomização, características do pó 
como composição química e formato eram de difícil controle. Sem 
dúvida alguma, grande parte dos pós comercializados atualmente são 
produzidos por atomização. 
 
Genericamente podemos definir atomização como uma técnica para 
produção de pós pela desintegração de metal líquido. Tanto pós de 
metais puros como ligas metálicaspodem ser obtidos por atomização. 
Trata-se se um processo bastante flexível e de fácil controle, podendo 
ser aplicado a um grande número de produtos, o que o torna 
bastante atrativo. 
 
Podemos dividir a atomização em três categorias: atomização a água, 
atomização a gás e atomização por centrifugação. É apenas uma 
classificação genérica, já que vários arranjos podem ser empregados. 
 
A atomização a água é o processo mais comum para produção de pós 
metálicos ou de ligas metálicas cuja temperatura de fusão não 
ultrapasse 1600 oC. A figura 2.7.1 ilustra o processo de atomização a 
água. O metal ou liga metálica é fundida e tratada metalurgicamente 
no cadinhos de fusão e então é transferido para um “tundish”. No 
“tundish” é gerado um filete de metal líquido que é desintegrado por 
um jato (ou vários) d’água. O arranjo de atomização pode variar no 
que se refere ao ângulo de atomização , ao número de jatos d’água 
e ao diâmetro do filete de metal líquido. É necessário um jato d’água 
de alta energia (velocidade). Pressões variam de 5 a 20MPa, o que 
resulta em velocidades de 70 a 250m/s. A velocidade de metal é de 
10-100 kg/min. para cerca de 0,1-0,4 m3/min. de água. A eficência 
global do processo é superior ao verificado na desintegração 
mecânica, mas mesmo assim é inferior a 1%. Como a atomização 
normalmente se dá em estado não estacionário e em fluxo 
turbulento, o tratamento teórico do processo torna-se bastante 
complicado. Expressões empíricas consideram como sendo os 
parâmetros mais importantes no controle do tamanho de partícula dD 
são: 
 
 
 
 
 
 
24 
 pressão da água pw 
 velocidade da água vw 
 ângulo de atomização  
 diâmetro do filete de metal ds 
 viscosidade do banho metálico s 
 densidade do metal líquido s 
 tensão superficial do metal líquido s 
 razão entre metal e água qs/qw 
 
 
 
Através de resultados experimentais observa-se que a produção de 
partículas finas é favorecida por filetes metálicos mais estreitos, 
elevadas razões qs/qw, alta densidade, e baixa viscosidade e tensão 
superficial: 
 
043,022,057, )()()( 
w
s
s
ssso
s
sss
D
q
qvdvd
d




 
 
O tamanho de partícula obtido por atomização a água normalmente 
fica entre 30-1000m. Diferentes morfologias podem ser obtidas 
dependendo da configuração e dos parâmetros utilizados. Com o 
aumento do superaquecimento, aumento da velocidade d’água e 
decréscimo da razão metal/água a morfologia tende a ser irregular, 
com ganho da resistência a verde para compactados uniaxialmente a 
frio. 
 
As figuras 2.7.2 e 2.7.3 apresentam planta laboratorial de atomização 
a água da Divisão de Metalurgia do IPT. 
 
25 
 
Figura 2.7.1 – Processo de atomização a água e seus principais 
parâmetros. 
 
 
 
Figura 2.7.2 – Planta de laboratório de atomização a água (IPT). 
 
26 
 
 
Figura 2.7.3 – Planta de laboratório de atomização a água (IPT). 
 
A figura 2.7.4 apresenta com maior detalhe o arranjo mais comum 
utilizado em atomização a água. 
 
Figura 2.7.4 – Detalhe do bocal de atomização a água. 
 
O uso de gases como nitrogênio, hélio e argônio ao invés de água 
para desintegrar o filete de metal líquido caracteriza a atomização a 
gás. O metal líquido é desintegrado pelo gás em expansão que sai do 
bocal. A figura 2.7.5 apresenta ilustração de arranjo para atomização 
a gás, e a figura 2.7.6 mostra detalhe na desintegração. 
 
27 
 
Figura 2.7.5 – Esquema de arranjo para atomização a gás. 
 
Figura 2.7.6 – Detalhe da desintegração durante atomização a gás. O 
filete de metal líquido primeiramente é subdividido em 
placas, e posteriormente em ligamentos, elipsóides, e 
finalmente esferas. 
 
 
Um exemplo típico na atomização a gás de superligas (fusão a 
1400 oC) é apresentado a seguir: 
 
28 
 gás = argônio 
 pressão = 2 MPa (até 5MPa é comum) 
 velocidade de gás = 100 m/s 
 superaquecimento = 150 oC 
 ângulo de atomização = 40 graus 
 fluxo de metal = 20 kg/min. 
 tamanho de partícula típico = 120 m 
 
A figura 2.7.7 apresenta aspecto de atomizador a gás de escala 
laboratorial da Divisão de Metalurgia do IPT. 
 
 
 
Figura 2.7.7 - Foto atomizador a gás do IPT. 
 
Outros vários arranjos são utilizados para atomização. Um deles é 
apresentado na figura 2.7.8, e é muito utilizado para metais de baixo 
29 
ponto de fusão, como por exemplo no caso do alumínio. Uma grande 
vantagem desta configuração é que é possível conduzir o pó 
produzido em atmosfera inerte, o que minimiza problemas de 
explosão. 
 
Figura 2.7.8 – Esquema de Atomização Horizontal, empregada no 
caso de metais de baixo ponto de fusão. 
 
Outro arranjo similar é apresentado na figura 2.7.9. Neste caso é 
gerada uma depressão entre a câmara de fusão e o cadinho onde se 
encontra o metal líquido. 
 
30 
 
Figura 2.7.9 – Esquema de atomização por depressão. 
 
 
Pós atomizados a gás e água possuem morfologia diferentes, 
conforme ilustra a figura 2.7.10. 
 
 
a pó atomizado a gás 
 
b. pó atomizado a água 
 
Figura 2.7.10 – Comparação entre pó atomizado a gás (aço 
maraging) a água (aço inoxidável). 
31 
 
Além da atomização com utilização de fluídos, é possível 
desintegração através da energia cinética derivada da rotação de 
barra metálica durante sua fusão, normalmente obtida por arco 
elétrico. Tal processo é conhecido por atomização por centrifugação. 
A figura 2.7.11 ilustra este processo. 
 
 
Figura 2.7.11 – Atomização por centrifugação. 
 
Uma possibilidade de associar a atomização com conformação de pós 
é o objetivo de processos denominados de “spray forming”. A figura 
2.7.12 apresenta ilustração deste processo para obtenção de pré-
forma já na atomização. 
32 
 
Figura 2.7.12 – Esquema de “spray-forming”. 
A tabela 2.7.1 apresenta comparação entre vários os processos 
utilizados na fabricação do pós metálicos. 
 
Tabela 2.7.1 – Comparação entre processos de fabricação de pós. 
técnica t. de partícula 
(µm) 
morfologia custo 
 
atom. a gás 20 - 40 esférico alto 
atom. a água 20 - 2000 arredondado moderado 
atom. água alta pressão 4 - 18 arredondado moderado 
carbonila 1 - 10 esférico moderado 
precipitação química 0,01 - 3 poligonal baixo 
moagem 0,1 - 40 irregular moderado 
 
A figura 2.7.13 compara imagens de pós obtidos por diferentes 
processos. 
 
33 
 
Figura 2.7.13 – Pós obtidos por diferentes processos. 
 
A tabela 2.7.2 compara pós no que se refere ao preço. 
 
 
 
34 
Tabela 2.7.2 - Preços aproximados de pós metálicos. 
 
 
3. Caracterização de Pós Metálicos 
 
Antes de qualquer ensaio de caracterização, devemos considerar a 
amostragem, particularmente importante no caso de pós metálicos. 
Quarteamento é a ferramenta mais simples e adequada para 
amostragem. A figura 3.1 Ilustra um quarteador comumente usado 
no âmbito da metalurgia do pó. 
 
 
 
Figura 3.1 – Esquema de quarteador para amostragem. 
 
Outra possibilidade em termos de amostragem, quando se quer 
acessar uma amostra de pós dentro de um container ou outro 
recipiente qualquer, é ilustrado na figura 3.2, e possibilita a remoção 
de amostras em diversas alturas e de diversas regiões da 
embalagem. 
 
 
35 
 
Figura 3.2 –Dispositivo de amostragem de pós. 
 
 
3.1 Morfologia 
 
A figura 3.1.1 apresenta ilustrativamente diversas morfologias 
possíveis para pós metálicos. O que define basicamente a morfologia 
das partículas é o processo utilizado. Assim se, por exemplo, moagem 
é caracterizada por partículas angulares, uma atomização a gás é 
reconhecidamente empregada quando se objetiva obter partículas 
esféricas. A figura 3.1.2 apresenta micrografias eletrônicas para 
vários pós obtidos por diferentes processos e, portanto, com 
diferentes aspectos morfológicos. 
 
Figura 3.1.1 – Possíveis morfologias para pós metálicos. 
 
36 
 
Figura 3.1.2 – Pós obtidos por diferentes processos e com diferentes 
aspectos morfológicos 
 
3.2 Distribuição Granulométrica e Tamanhode Partícula 
 
Quando se fala em distribuição granulométrica, estamos 
considerando a capacidade de dimensionar partículas, e isto não é tão 
simples, já que partículas não são figuras geométricas bem definidas. 
Na figura 3.2.1 é possível visualizar esta dificuldade de 
dimensionamento. Dimensões para uma partícula como a 
apresentada na figura podem ser definidas por exemplo pelo 
diâmetro de um circunferência à qual a partícula está circunscrita ou 
pelo diâmetro de uma circunferência de mesma área projeta da 
partícula. O que irá definir o dimensionamento é o tipo de medida 
utilizado, no entanto, qualquer que seja o métodos empregado, o 
resultado ficará entre os dois mencionados: circunscrição ou 
projeção. Este é o caso de distribuição granulométrica determinada 
por peneiramento, como ilustrado na figura 3.2.2. 
 
37 
 
Figura 3.2.1 – Duas maneiras de dimensionar uma partícula. 
 
O tratamento gráfico dado a um resultado de distribuição 
granulométrica objetiva: a identificação do tipo de distribuição 
(normal, bimodal, etc.), a visualização rápida do que seria um 
tamanho médio, e se a distribuição é aberta ou fechada. A figura 
3.2.3a apresenta diferentes tratamentos gráficos para diferentes 
tipos de distribuição granulométrica, e a figura 3.2.3b transforma 
uma distribuição normal em gráfico o a abscissa é logarítmica e a 
ordenada normal (probabilidade). 
 
 
 
 
38 
 
Figura 3.2.2 – Distribuição granulométrica por peneiramento e gráfico 
de distribuição normal. 
 
 
a 
 
Distribuição granulométrica 
normal apresentada em gráfico 
log-normal. A inclinação da reta 
relaciona-se com a dispersão 
(aberta ou fechada) e a posição 
na horizontal com o tamanho 
médio. 
b 
Figura 3.2.3 - Diferentes distribuições granulométricas. 
 
A distribuição granulométrica por peneiramento pode ser expressa 
em micrometros ou em USS mesh, que indica aproximadamente 
quantas malhas de peneira se tem por polegada quadrada, e portanto 
quanto maior o número em mesh menor o tamanho em micrometro. 
A tabela 3.1 converte micrometro em mesh para as principais 
peneiras. 
 
39 
abertura(µm) USS mesh 
2000 10 
1190 16 
840 20 
500 35 
420 40 
297 50 
210 70 
177 80 
149 100 
105 140 
88 170 
74 200 
53 270 
44 325 
37 400 
20 625 
Tabela 3.1 – Conversão de micrometro em mesh. 
 
Uma maneira mais sofisticada de se determinar distribuições 
granulométricas, principalmente para pós chamados “subsieve”, que 
estão abaixo de 325 ou 400 mesh, é através de laser. A figura 3.2.4 
ilustra este método onde um feixe de laser atravessa uma suspensão 
de partículas em sedimentação. A obstrução à luz pelas partículas, 
proporcional ao tamanho das mesmas, é determinada por um 
detector. Desta forma pode-se ter acesso à distribuição 
granulométrica desde que as partículas não se aglomerem, e isto é 
obtido pela utilização de dispersantes. 
 
 
40 
Figura 3.2.4 – Método laser para determinação de distribuição 
granulométrica. 
 
Um outro método para determinação de distribuição granulométrica 
baseia-se na medida da condutividade elétrica como ilustra a figura 
3.2.5. Uma suspensão dispersa (eletrólito) de partículas é forçada, 
por uma bomba, a passar por um orifício previamente escolhido. A 
obstrução do orifício pelas partículas alteram a medida de 
resistividade elétrica do eletrólito e esta alteração é proporcional ao 
tamanho da partícula que está passando no orifício. Esta técnica é 
muito usada também na contagem de células sanguíneas, já que 
também é um contador, isto se considerarmos que as partícula 
passam uma a uma pelo orifício. 
 
 
Figura 3.2.5 – Método da condutividade elétrica para contagem e 
determinação de distribuição granulométrica de 
partículas. 
 
Ainda pensando em granulometria, existem outros métodos que ao 
invés de medir a distribuição, procuram determinar o que seria um 
tamanho médio de partícula (µm) ou uma superfície específica 
(m2/g). 
 
Um método clássico e consagrado para determinação de tamanho 
médio de partículas “sub sieve” é o baseado em perda de carga e 
denominado método Fisher (Fisher Sub Sieve Size – FSSS). A figura 
3.2.5 ilustra o princípio da medida, e a figura 3.2.6 apresenta uma 
foto do equipamento. 
 
 
41 
 
Figura 3.2.5 –medida do tamanho médio de partícula Fisher. 
 
Figura 3.2.6 – Foto do FSSS (Fisher Sub Sieve Sizer) 
 
A determinação da superfície específica pode ser realizada através de 
perda de carga utilizando-se a equação de Carman-Kozeny, no 
entanto o método clássico e mais direto para determinação de 
superfície específica baseia-se na adsorção de gás, utilizando-se a 
teoria BET (Brunauer, Emmet e Teller). Por este método estabelece-
se condições experimentais para que uma camada mono-molecular 
de um determinado gás seja adsorvida por toda a superfície de 
amostra. Esta camada é então removida e o volume de gás medido. 
Desta forma é determinada a área total, e o resultado é expresso em 
metros quadrados por grama de amostra. A figura 3.2.7 ilustra o 
princípio desta medida 
42 
 
 
Figura 3.2.7 – Esquema da medida de superfície específica – BET. 
 
3.3 Escoabilidade e Densidade Aparente 
 
As medidas de escoabilidade e densidade aparente são realizadas 
num mesmo dispositivo, uma funil, no interior do qual é colocado 
uma quantidade de pó que flui livremente por gravidade. O tempo 
necessário para que 50g de pó escoe é justamente o valor da 
escoabilidade. A densidade aparente é medida pela massa contida em 
recipiente de volume conhecido e que foi preenchido no mesmo 
arranjo da escoabilidade. Um esquema de um dos funis utilizados, 
apresentado na figura 3.3.1. Outros funis como o Scott e o Carney ou 
mesmo outros princípios de medida como o empregado no método 
Arnold também são populares. O capítulo 8, controle de qualidade, 
apresenta as normas sobre os métodos mencionados aqui. 
43 
 
 
Figura 3.3.1 – Densidade aparente e escoabilidade - Funil Hall 
 
Ensaios que visam obter informações sobre o empacotamento das 
partículas que compõem um determinado pó também são 
empregados. Este é o caso da densidade batida, onde uma 
quantidade (volume) de pó preenche livremente um volume 
conhecido, e após é empacotado por batimentos sucessivos até que 
não haja mais variação de volume. A figura 3.3.2 ilustra dispositivo 
empregado neste ensaio. 
 
 
Figura 3.3.2 – Sistema para medida de densidade batida. 
3.4 Perda ao Hidrogênio 
44 
 
O ensaio de perda ao hidrogênio que como objetivo uma medida 
indireta do teor de oxigênio, embora constituintes voláteis também 
sejam contabilizados. Basicamente coloca-se uam quantidade 
conhecida de pó no interior de forno sob atmosfera redutora 
(hidrogênio). A figura 3.4.1 ilustra dispositivo utilizado e a tabela 
3.4.1 apresenta condições de ensaio para os principais pós. 
 
 
Figura 3.4.1 – Arranjo de ensaio de perda ao hidrogênio. 
 
Metal Tempo 
[min.] 
Temperatura 
[oC] 
barquinha 
cobalto 60 1120 alumina 
cobre 30 875 quartzo 
chumbo 30 550 alumina 
aços 60 1120 alumina 
níquel 60 1120 alumina 
estanho 30 550 alumina 
tungstênio 60 1120 quartzo 
Tabela 3.4.1 – Condições para ensaio de perda ao hidrogênio 
 
3.5 Compressibilidade 
 
Um ensaio como o de compressibilidade mede a variação de 
densidade a verde com a pressão de compactação. Uma matriz se 
formato simples pode ser utilizada. O resultado pode ser expresso na 
forma gráfica. A figura 3.5.1 ilustra arranjo para compactação e 
resultado expresso graficamente. 
 
 
 
 
 
45 
 
Figura 3.5.1 – Ensaio de compressibilidade. 
 
 
3.6 Resistência à ruptura 
 
Este ensaio tanto pode ser aplicado ao compactado como ao 
sinterizado. No caso do compactado é determinada a resistência a 
verde, e no caso do sinterizado determina-se a “resistência à ruptura 
transversal”. O arranjo é basicamente o mesmo e é ilustrado na 
figura 3.6.1. 
 
 
Figura 3.6.1 – Determinação de resistência à ruptura transversal.46 
 
3.7 Variação Dimensional 
 
Sempre que possível procura-se definir as dimensões na etapa de 
compactação, contando com uma mínima variação dimensional 
durante a sinterização. Isto nem sempre é possível, principalmente 
no caso de sinterização de pré-misturas, onde vários fenômenos 
como expansão térmica, formação de pescoço, interdifusão, formação 
de fase líquida, recuperação, recristalização e crescimento de grão, 
dentre outros, ocorrem simultaneamente, dificultando o controle 
dimensional. Assim, ensaios para determinação de variação 
dimensional na sinterização são necessários. Isto pode ser feito de 
uma maneira simples, comparando dimensão antes e depois da 
sinterização, ou de um modo mais sofisticado, por dilatometria. A 
figura 3.7.1 ilustra esquematicamente um dilatômetro. A vantagem 
da dilatometria é que é uma medida continua, de modo como eventos 
com transformações de fase podem ser detectados quando da 
ocorrência. 
 
Figura 3.7.1 – Esquema de dilatômetro. 
 
Um caso particularmente interessante neste contexto é o dos aços 
sinterizados, basicamente ligas de ferro, cobre, e carbono, no caso de 
materiais estruturais, e com eventuais adições de estanho no caso de 
materiais para mancais. Estas ligas são, na maior parte das vezes, 
obtidas a partir de pré-misturas, passando pelos fenômenos citados 
acima durante a sinterização. A investigação do efeito de variáveis de 
processo, como pressão de compactação, ciclo térmico de 
sinterização, dentre outros, nos fenômenos mencionados, fornece 
subsídios para um bom controle dimensional. A figura 3.7.2 
apresenta curva dilatométrica para aço (Fe,C,Cu) aquecido com três 
diferentes taxas de aquecimento. É possível identificar a transição 
alfa-gama (expansão) e a fusão do cobre numa temperatura próxima 
a 1100 oC. 
 
47 
 
Figura 3.7.2 – aços (Fe-C-Cu) aquecidos com três diferentes taxas. 
 
 
 
3.8 Densidade 
 
A medida de densidade pode ser feita, se a geometria da peça 
(amostra) permitir, através da determinação da massa e do volume 
geométrico. Para geometrias complexas ou mesmo medidas mais 
precisas, o método hidrostático é empregado. A idéia é medir o 
volume de água deslocado pela amostra. A figura 3.8.1 ilustra o 
método. 
 
Figura 3.8.1 – medida de densidade hidrostática. 
 
Outra maneira de se determinar volume é por picnometria. Pode ser 
através de picnômetros de vidro, ou mais “modernamente” em 
picnômetro a hélio. Os princípios são diferentes. No picnômetro de 
vidro a idéia é medir a massa de água deslocada por uma amostra e 
no picnômetro a gás mede-se diferenças de pressão associadas à 
alteração de volume pela presença de uma amostra. 
 
 
48 
3.9 Propriedades mecânicas de sinterizados 
 
Propriedades mecânicas de um sinterizado podem ser determinadas 
por dureza (aparente), microdureza ou mesmo através de ensaio de 
tração e impacto. São ensaios similares aos empregados para 
materiais não sinterizados. No caso de dureza, chamada de “dureza 
aparente” escalas como Brinell (HB), Rockwell superficial, Rockwell 
(A,B,C,D,E,F,H) e Vickers podem ser utilizadas. No caso de 
microdureza as escalas Vickers e Knoop podem ser empregadas. A 
diferença básica de um produto sinterizado para um convencional, no 
que se refere à medida de dureza, é que a porosidade pode causar 
uma maior dispersão nos resultados, daí a necessidade de um 
número de medidas maior. 
 
Quanto ao ensaio de tração, algumas alternativas em termos de 
corpos de prova são possíveis (vide capítulo 8). A diferença básica é 
se o corpo de prova será compactado no formato para tração ou será 
usado a partir de uma pré-forma. O ensaio em si é o mesmo utilizado 
para materiais produzidos convencionalmente. 
 
3.10 Caracterização Microestrutural 
 
 
 
A caracterização da microestrutura pode ser realizada nos pós ou nos 
produtos sinterizados. Nos capítulos anteriores foram discutidos 
aspectos ligados ao tamanho e morfologia dos pós, acessível através 
de várias medidas, mas observado muito adequadamente por 
microscopia eletrônica de varredura. A observação do pós solto é 
prática usual. Já o estudo da microestrutura propriamente dita, 
requer preparação metalográfica (etapas de lixamento e polimento). 
Se a preparação metalográfica de materiais compactos é 
relativamente simples, o mesmo não acontece com pós. O 
embutimento do pó deve considerar a dificuldade de fixação, e 
portanto resinas de cura a frio são mais adequadas. Um primeiro 
aspecto que deve ser considerado na observação microestrutural de 
pós é a diferença existente entre partícula, grão (cristal) e 
aglomerado, conforme ilustrado na figura 3.10.1. Um aglomerado é 
composto por partículas que por sua vez são compostas por grãos, 
embora seja possível se ter partículas monocristalinas. Observações 
da seção polida de pós permite acessar aspectos desta natureza. A 
figura 3.10.2 ilustra isto para o caso de pó de ferro. 
 
Além de visualizar grãos, partículas e aglomerados, a observação de 
seção polida devidamente preparada e eventualmente atacada, 
permite identificar a presença dos constituintes (fases) 
49 
microestruturais do pó, conforme ilustra a figura 3.10.3 para pós de 
silício e a figura 3.10.4 para pó de aço inoxidável 
 
 
Figura 3.10.1 – Diferença entre partícula, grão e aglomerado. 
 
 
Figura 3.10.2 – Seção polida de pó de ferro atacada co Nital. 
 
 
 a b c 
50 
Figura 3.10.3 – Aspecto de pó de silício atomizado a gás (a), moído 
(b) e seção polida de pó atomizado (c). 
 
Figura 3.10.4 – Seção polida de pó de aço inoxidável mostrando 
austenita, ferrita e carbonetos. 
 
A preparação e investigação da microestrutura de sinterizados é 
similar a de materiais produzidos convencionalmente. O estudo da 
microestrutura de materiais sinterizados possui diversos aspectos e 
satisfaz diversas necessidades. Um exemplo típico é na identificação 
de carbono combinado, como ilustra a figura 3.10.5. 
 
Micrografias de aço sinerizado contendo diferentes teores de carbono 
combinado na forma de perlita 
 
4. Toxidade e Aspectos de Segurança 
 
51 
Embora pós metálicos não apresentem riscos excessivos, na maioria 
dos casos, existem alguns conhecimentos necessários para a 
manipulação de pós metálicos. Conhecimentos principalmente 
relacionados particularmente com toxidade e explosividade. A 
toxididade, que a capacidade que um material tem de causar danos à 
saúde, é determinada por características bioquímicas, pela forma e 
intensidade de contato. O contato pode ser pela inalação, ingestão e 
contato com a pele. Suspensões de partículas finas são usuais na 
manipulação. Como o pó vai agir no organismo dependerá inclusive 
do tamanho. Partículas relativamente grosseiras (superior a 400#) 
depositam-se na parte superior do sistema respiratório, não 
constituindo perigo à saúde. Partículas finas tendem a penetrar indo 
até os pulmões, podendo permanecer lá por meses ou mesmo anos, 
especialmente se forem partículas de alta densidade. A presença de 
partículas no pulmão pode causar alergia ou respostas imunológicas. 
Partículas também podem ser absorvidas e transportadas pela 
corrente sanguínea. Vários organismos estabelecem limites para 
suspensão de partículas, e a “US-standards” coloca os limites 
apresentados na tabela 4.1. Esta medida pode ser feita pela média 
tomada num dia de oito horas de trabalho (TLV) ou num período tão 
curto quanto 15 minutos (STEL), não podendo exceder este valor em 
nenhum momento do dia. 
 
pó TLV 
[mg/m3] 
forma STEL 
[mg/m3] 
forma 
berílio 0,002 pó metálico 0,025 pó metálico 
alumínio 10,0 pó metálico 
5,0 pó pirofórico 
5,0 finos de solda 
2,0- sais solúveis 
cobre 1,0 pó metálico 2,0 pó metálico 
ferro 5,0 óxido 
1,0 sais solúveis 
níquel 1,0 pó metálico 
0,007 Ni carbonila 
0,1 sais solúveis 0,3 sais solúveis 
cobalto 0,05 pó metálico 0,1 pó metálico 
 0,1 Co carbonilaChumbo 0,030 inorgânico 
 0,075 orgânico 
molibdênio 5,0 sais solúveis 10,0 sais solúveis 
 15,0 insolúveis 20,0 insolúveis 
tungstênio 1,0 sais solúveis 3,0 sais solúveis 
 5,0 insolúveis 10,0 insolúveis 
Tabela 4.1 – Limites de exposição de pós metálicos (US-standards) 
52 
 
Quanto à explosividade, que é determinada pelas características 
químicas e físicas, mas também depende das condições do ambiente, 
a tabela 4.2 procura fazer resumo. 
 
 alta 
explosividade 
média 
explosividade 
alta 
explosividade 
pó Mg, Al, Zr Cu, Fé, Mn, Zn, 
Sn, Si 
Co, Pb, Mo 
ambiente com 
oxigênio 
< 3% > 3% > 10% 
temperatura 
ignição 
<600oC 300 a 800oC >700oC e fonte 
de ignição 
limite 
explosivo 
20-50 g/m3 100-500 g/cm3 altas 
concentrações 
Tabela 4.2 Condições quanto à explosividade de pós metálicos. 
 
5. Conformação de Pós Metálicos 
 
Anteriormente à conformação em si, seja ela por compressão ou não, 
deve ser considerada a questão das mistura. A figura 5.1 ilustra os 
mecanismos envolvidos na mistura, e a figura 5.2 apresenta alguns 
dispositivos usados na mistura de pós metálicos. 
 
 
Figura 5.1 – Mecanismos durante a mistura de pós. 
 
 
53 
 
Figura 5.2 – Dispositivos de mistura. 
 
A figura 5.3 discute o efeito do preenchimento do misturar e sua 
rotação na eficiência de mistura. 
 
Figura 5.3 – Efeito das condições de processamento na mistura. 
 
Para pós muito finos, que não escoam, uma técnica de mistura que 
envolve aglomeração deve ser empregada. Isto acontece no caso de 
metal duro e também para ferrites, pós com tamanho médio de 
partícula de aproximadamente 1µm. Dois dispositivos clássicos de 
aglomeração podem ser empregados, prato ou “sray-drying”. A figura 
5.4 ilustra estes processos. No caso do prato, uma mistura de pó e 
aglomerante alimenta a cavidade de um prato em rotação, a 
54 
quantidade de aglomerante é corrigida durante a rotação e os 
grânulos formados são então removidos. No spray-drying 
(atomização) a aglomeração se dá pelo spray gerado pela 
descompressão de uma mistura de pó com aglomerantes e 
dispersantes, que se dá no interior de uma câmara (figura 5.4). 
 
 
 
Figura 5.4 – Processos de aglomeração: prato e spray-drying 
 
 
 
5.1 Compactação Uniaxial a Frio 
 
O processo de compactação uniaxial a frio de pós metálicos pode, 
numa primeira aproximação, ser entendido como o ilustrado na figura 
5.1.1. Uma quantidade definida de pó alimenta a cavidade de uma 
matriz e é então comprimido pelo movimento de punções. 
 
 
Figura 5.1.1 – Ilustração de compactação uniaxial a frio 
 
 
55 
Uma visão mais dinâmica do processo de compactação é apresentado 
na figura 5.1.2. Os movimentos dos punções devem estar 
perfeitamente sincronizados com o movimento do alimentado de pó 
(sapata). A velocidade da sapata deve levar em consideração a 
escoabilidade do pó. Movimentos de vibração da sapata facilitam o 
preenchimento da cavidade da matriz. No entanto, pontes formadas 
por aglomerados podem dificultar o preenchimento, especialmente 
quando a cavidade é estreita se comparada com o tamanho das 
partículas. A figura 5.1.3 ilustra estas possíveis pontes. 
 
 
Figura 5.1.2 – Movimentação dos punções e sapata durante 
compactação. 
 
 
Figura 5.1.3 – Pontes que podem ser formadas na alimentação da 
matriz. 
56 
Uma consideração a ser feita na compactação uniaxial é quanto à 
força de extração. Depois de compactada, a peça deve ser extraída 
da matriz, e neste momento tanto o atrito estático como o dinâmico 
exercem influência. A figura 5.1.4 ilustra a questão do atrito durante 
a extração. 
 
 
a 
 
 
 
 
b 
Figura 5.1.4 – Força de atrito em função do movimento do punção 
durante a extração (a). Força de extração para dois 
lubrificantes (A e B) diferentes. 
 
Em termos de microestrutura, um pó metálico teria um aspecto como 
o apresentado na figura 5.1.5, que mostra uma fratura e uma seção 
polida. A densificação é evidente, devido à redução da porosidade e 
entrelaçamento das partículas. Pode-se atingir uma razão de 
compressão da ordem de 4, ou seja, um pó com densidade aparente 
de 1,75 g/m3 chegando a uma densidade a verde de 7 g/cm3. 
 
57 
 
 a b 
Figura 5.1.5 – Microestrutura típica de material compactado. Fratura 
(a) e seção polida (b). 
 
Devido aos atritos envolvidos na compactação, observa-se um 
gradiente de densidade ao longo da altura da peça. Se o punção 
móvel é apenas o superior, é comum dizer que existe uma zona 
neutra de densidade próxima ao punção inferior. Para minimizar este 
gradiente é pratica comum projetar ferramentas e utilizar prensas 
que, ou tenham movimento dos dois punções ou simulem isto através 
de matrizes flutuantes, como exemplificado na figura 5.1.6. 
58 
 
Figura 5.1.6 – Compactação com movimentação apenas do punção 
superior (a), com matriz flutuante (b) e com movimento de ambos os 
punções (c). 
 
Para compactação uniaxial peças com um grau maior de 
complexidade, como cilindros vazados, por exemplo, a compactação 
deve ser efetuada em estágios, como ilustrado na figura 5.1.7. No 
primeiro e segundo estágios, não há movimentação do macho. Na 
extração o macho e no punção inferior sobem conjuntamente, e o 
último estágio há retração do macho. 
 
59 
 
 
Figura 5.1.7 – Compactação em 4 estágios para compactação de 
cilindros vazados. 
 
Uma maneira para melhorar a alimentação seria através de recuo do 
punção inferior, conforme ilustrado na figura 5.1.8. 
 
Figura 5.1.8 – Alimentação com recuo do macho. 
 
 
60 
Durante a extração há normalmente restauração de deformação 
elástica, o que pode causar problemas como trincas exemplificadas 
pela figura 5.1.9 e o defeito denominado por laminação exemplificado 
na figura 5.1.10. Para minimizar o problema da trinca não deve haver 
movimento relativo entre os punções, como por exemplo se eles 
subirem conjuntamente. A laminação é minimizada pela inserção de 
um pequeno raio de curvatura na matriz, como mostrado em 
5.1.10b. 
 
Figura 5.1.9 – Restauração de deformação elástica durante extração 
causando trincas. 
 
 
Figura 5.1.10 – Liberação de deformação elástica durante extração 
causando laminação (a). A introdução de raio de 
curvatura (b) na matriz minimiza o problema. 
 
61 
Um exemplo de ferramenta para compactação de peça com grau de 
complexidade ainda maior é ilustrado na figura 5.1.11. Flange e furo 
cego associados necessitam de até 8 etapas de compactação 
conforme ilustra a figura. 
 
Figura 5.1.11 – Ciclo de compactação para peça vazada cega com 
flange. Em (a) ocorre a alimentação, em (b) e (c) 
transferência sem densificação, em (d) tem-se a 
densificação, e de (e) até (f) ocorrem etapas 
relativas à extração da peça. 
 
Em termos de projeto de ferramentas para compactação uniaxil 
 
5.2 Compactação Isostática 
 
Na compactação isostática a frio, o pó é colocado num recipiente de 
borracha que é então selado. O recipiente vai para um vaso de 
pressão onde o óleo lá contido é comprimido, transferindo pressão 
para o pó. Pressões de até 400-500MPa podem ser usadas. É uma 
técnica utilizada para pós de baixa compressibilidade, como de 
materiais cerâmicos e intermetálicos. A figura 5.2.1 ilustra esquema 
de compactação isostática a frio, e a figura 5.2.2 apresenta foto de 
equipamento de 400 MPa da Divisão de Metalurgia do IPT. 
 
62 
 
Figura 5.2.1 – Esquema para compactação isostática a frio. 
 
 
Figura 5.2.2 – Vista de equipamento para compactação isostática a 
frio da Divisão de Metalurgia do IPT. 
 
 
 
 
 
 
63 
5.3 Compactação a Quente: uniaxial e isostática 
 
A compactação a quente pode ser uniaxial, como ilustra a figura 
5.3.1, ou isostática, como ilustrado na figura 5.3.2. Em ambos os 
casos a combinação de pressão e temperatura permite a obtenção de 
materiais com densidade próxima de 100%. 
 
Figura 5.3.1 – Esquema para compactação uniaxial aquente. 
 
 
Figura 5.3.2– Esquema para compactação isostática a quente. 
 
 
5.4 Moldagem de Pós por Injeção 
 
Uma técnica de fabricação bastante versátil para produção de peças 
metálicas de geometria complexa, estreitas tolerâncias dimensionais 
64 
e excelente acabamento superficial é a injeção sob pressão. Esta 
técnica já vem sendo empregada há muitos anos para a produção de 
componentes metálicos fabricados a partir de ligas de baixo ponto de 
fusão, como ligas de alumínio. O emprego da injeção a ligas ferrosas 
é uma aspiração metalúrgica difícil de ser alcançada em função das 
altas temperaturas de fusão envolvidas. 
 
A injeção de ligas ferrosas é agora possível no âmbito da metalurgia 
do pó, mais especificamente através de um processo recente de 
conformação "Near Net Shape" denominado Moldagem de Pós por 
Injeção - MPI. A MPI pode ser considerada como um processo 
híbrido, que alia a capacidade da metalurgia do pó de permitir a 
consolidação sem fusão à liberdade geométrica do processo de 
injeção convencional de termoplásticos. Na MPI o pó é misturado a 
um ligante (polímero base, constituintes de baixo peso molecular e 
aditivos), com o objetivo de conferir características de fluidez 
adequadas à injeção e resistência suficiente para o manuseio do 
componente injetado. Para a obtenção da peça final são necessárias 
basicamente duas outras etapas: a remoção do ligante e a 
sinterização. A figura 5.4.1 apresenta várias peças produzidas por 
MPI. 
 
 
Figura 5.4.1 – Peças produzidas por MPI. 
 
Na figura 5.4.2 é apresentado um fluxograma ilustrativo do processo 
de injeção de pós metálicos. Desta forma é possível obter peças 
metálicas, em aços inoxidáveis, por exemplo, com a mesma 
complexidade de forma com que são obtidas peças em termoplásticos 
de engenharia. 
65 
 
Figura 5.4.2 - Etapas do processamento por Moldagem de Pós por 
Injeção – MPI 
 
Um dos pontos fundamentais deste processo é a matéria prima 
metálica, composta de pós que devem possuir características físicas e 
químicas específicas que possibilitem a produção de injetados livres 
de defeitos, e que também favoreçam o processo de remoção do 
aglomerante e de densificação durante a sinterização, que é a etapa 
final de consolidação de toda peça metálica produzida por metalurgia 
do pó. A figura 5.4.3 compara a condição microestrutural de uma aço 
inoxidável como injetado com a observada após a etapa de remoção 
do aglomerante. É possível observar as partículas arredondadas de 
aço inoxidável envolvidas pelo aglomerante, que é removido na 
seqüência. 
 
 
66 
 
Figura 5.4.3 - Microestrutura após a injeção e após “debinding” 
 
” 
 
Após a remoção do aglomerante, como mencionado, é realizada a 
etapa de sinterização, que confere as características finais do 
produto. A figura 5.4.4 ilustra esta etapa, apresentando peças 
durante a sinterização. 
 
 
 
Figura 5.4.4 Peças durante a sinterização. 
 
 
O processo de MPI tem sua área de aplicação bem definida, 
entretanto, em algumas aplicações concorre diretamente com 
processos como a usinagem, microfusão (fundição de precisão) e a 
própria metalurgia do pó convencional. A figura 5.4.3 ilustra o nicho 
de aplicação da MPI. Em geral, quando o componente a ser produzido 
apresenta uma geometria complexa, reduzido tamanho e deve ser 
67 
produzido em grandes lotes, a MPI torna-se vantajosa do ponto de 
vista econômico em relação aos demais processos. 
 
 
Figura 5.4.5 - Nicho de aplicação da Moldagem de Pós por Injeção – 
MPI 
 
Um exemplo de peça de elevada complexidade, que ilustra bem a 
potencialidade da MPI, é apresentada na figura 5.4.6. 
 
 
 
Figura 5.4.6 - Turbina sinterizada de SiC produzida por MPI 
 
O aprimoramento das diversas etapas do processo e o 
desenvolvimento de ligas adequadas à injeção, entre outros fatores, 
68 
têm contribuído para o constante crescimento (22% ao ano) do 
mercado mundial de peças injetadas. Atualmente, o mercado de 
componentes injetados movimenta cerca de US$ 400 milhões ao ano 
em vendas, devendo chegar a aproximadamente US$ 2,1 bilhões em 
2010. 
 
 
5.5 Forjamento de Pós 
 
O forjamento de pós pode ser usado tanto na obtenção de pré-formas 
como na de produtos acabados de alta densidade. O fluxograma da 
figura 5.5.1 ilustra o processo. 
 
Figura 5.5.5 – Fluxograma do forjamento de pós 
 
69 
Peças forjadas possuem desempenho mecânico superior, com elevada 
resistência mecânica, boa ductilidade e bom desempenho quanto à 
fadiga. 
 
5.6 Extrusão de Pós 
 
A extrusão de pós pode ser realizada no pó solto, em pré-
compactados ou através de encapsulamento, conforme ilustra a 
figura 5.6.1. A figura 5.6.2 apresenta detalhes do encapsulamento e 
da extrusão. 
 
 
 
Figura 5.6.2 – Detalhe do encapsulamento e da extrusão. 
 
 
 
70 
6. Sinterização 
 
De todas as etapas envolvidas na conformação de pós metálicos a 
sinterização apresenta-se como a mais importante pois nela serão 
contabilizadas todas as operações anteriores. Desta forma há a 
necessidade de adequar-se o procedimento de sinterização a estas 
operações prévias considerando as propriedades objetivadas. 
Variáveis tais como temperatura, tempo e atmosfera, podem ser 
manipuladas com base nas características do compactado a ser 
sinterizado. 
 
Divide-se a sinterização em duas classes: sinterização em fase líquida 
e sinterização no estado sólido. A sinterização em fase líquida ainda 
pode ser dividida em: sinterização com fase líquida transiente e 
sinterização com fase líquida persistente 
 
6.1 Mecanismos de Sinterização 
 
Boa parte da teoria da sinterização baseia-se na sinterização em 
estado sólido de um sistema monofásico. Podemos dividi-la em três 
estágios: inicial, intermediário e final. 
 
No estágio inicial observa-se um aumento na área de contato entre 
as partículas, arredondamento dos poros, e contração de agregados 
de pó envolvendo aproximação de partículas. 
 
A figura 6.1.1 apresenta esquematicamente um pescoço se formando 
entre duas partículas. 
 
 
 
Figura 6.1.1 – Pescoço formado durante a sinterização. Microscopia 
Eletrônica de Varredura a esquerda e esquema a 
direita 
 
O ponto de contato entre as partículas registrará um alargamento 
(empescoçamento) numa taxa que dependerá dos mecanismos de 
71 
transporte de massa envolvidos, que por sua vez dependem do 
material, do tamanho de partícula, das variáveis de sinterização, etc. 
Podemos destacar os seguintes mecanismos de transporte de massa 
possíveis: 
 
 escoamento viscoso 
 escoamento plástico 
 evaporação e condensação 
 difusão volumétrica 
 difusão por contorno do grão 
 difusão superficial 
 
A figura 6.1.2 ilustra os principais mecanismos. Embora a sinterização 
tenha por objetivo geral a densificação o fato é que, dependendo do 
mecanismo e do sistema, expansão pode ser observada. Dos 
mecanismos apresentados os únicos que podem promover expansão 
são os ligados à difusão. São vários os casos em que expansão pode 
ser relacionada com interdifusão em sistemas com mais de um 
componente. 
 
 
 
Figura 6.1.2 – Principais mecanismos na sinterização 
 
No estágio intermediário observa-se uma competição entre 
crescimento de grão e densificação. Este estágio praticamente 
determina as propriedades do sinterizado. 
 
A posição relativa entre contornos de grão e porosidade controla a 
taxa de sinterização. Nos instantes iniciais do estágio intermediário os 
72 
contornos de grão interceptam os poros. O transporte de massa é 
portanto facilitado pela conjunção poro e contorno de grão, o qual se 
comportaria como um "túnel" para difusão. Neste instante tem-se 
duas possibilidades: ou os poros são "carregados" pelos contornos 
durante o crescimento de grão, ou os contornos de grão são 
ancorados pelos poros. Com o decorrer da sinterização observa-se 
uma separação entre contornos de grão e poros, isto devido a menor 
mobilidade destes em relaçãoaos contornos de grão. 
 
Na situação em que os poros ocupam regiões de contornos de grão, o 
sistema apresenta uma menor energia livre, já que o poro reduz a 
área total de contorno de grão. O isolamento dos poros no interior 
dos grãos seria uma condição energeticamente desfavorável. Com a 
densificação, redução da porosidade, a capacidade de ancoramento 
dos contornos de grão pelos poros é reduzida. Neste instante o 
crescimento de grão passa a ser mais energeticamente viável. 
 
O estágio final da sinterização é um processo lento onde poros já 
isolados e esféricos contraem-se por difusão volumétrica. Os poros 
funcionariam como emissores de lacunas, principalmente para 
contornos de grão. 
 Pó de Fé de 7µm - 200 MPa, 870 oC 
 
Metais puros e pré-ligas paládio 
 
4h a 744 oC 4h a 950 oC 1400 oC a 5 oC/min 
 
 
 
Neste estágio observa-se o coalescimento dos poros ("Ostwald 
ripening"). Se os poros forem ocupados por gases, a densificação 
será influenciada pela solubilidade destes gases na matriz metálica. 
Neste sentido sinterizações sob vácuo facilitariam principalmente o 
estágio final de sinterização. A figura 6.1.3 ilustra os três estágios de 
sinterização no que diz respeito ao desenvolvimento microestrutural. 
 
 
6.2 Sinterização Multi-Componente 
 
Até o momento apenas sinterização de partículas monofásicas sem a 
presença de líquido foi tema de análise. A composição de ligas a 
partir de misturas de pós é uma técnica muito empregada. Neste 
caso deve-se considerar questões como interdifusão e 
homogeneização. 
 
Sinterização de misturas de pós 
73 
Os parâmetros que afetam a homogeneização durante a sinterização 
são principalmente o tamanho de partícula, o tempo, e a temperatura 
de sinterização. O tamanho de partícula é importante por estar 
relacionado com distâncias para difusão. A temperatura afeta a taxa 
de homogeneização por alterar a difusividade dos elementos 
envolvidos. 
 
Existem vários modelos que tem por objetivo a quantificação dos 
fenômenos envolvidos na interdifusão. Boa parte deles baseiam-se 
em simetrias e simplificações geométricas. Mesmo assim tem sido 
possível a aplicação destes modelos quando o sistema apresenta 
número reduzido de variáveis. 
 
Um aspecto interessante relacionado com a interdifusão durante a 
sinterização é a relação entre a difusividade dos elementos 
envolvidos e a microestrutura resultante. Um caso particular é o 
chamado efeito Kirkendall, que resumidamente é a ocorrência de 
microporosidades resultantes das diferentes taxas de interdifusão e 
conseqüente acúmulo de lacunas. 
 
A figura 6.2.1 apresenta microestrutura decorrente da sinterização de 
fios de cobre e níquel intercalados. A difusividade do cobre no níquel 
é bem maior que a do níquel no cobre. O resultado é a presença de 
micro-porosidades no interior do cobre. 
 
 
 
Seção polida de fios de cobre intercalados com fios de níquel 
sinterizados por 50 min. a 1070 oC - Kirkendall 
74 
 
 
6.3 Sinterização com Fase Líquida 
 
Uma questão a ser considerada aqui é quanto à solubilidade mútua, 
ou seja, a solubilidade do sólido no líquido e vice-versa. 
 
Considerando-se o caso clássico de sinterização com fase líquida onde 
partículas sólidas de um metal refratário (tungstênio por exemplo) 
encontram-se imersas num líquido (níquel por exemplo) que dissolve 
parcialmente o sólido, três estágios podem ser definidos: 
 
 rearranjo das partículas 
 dissolução e repreciptação 
 sinterização no estado sólido 
 
Nos casos em que não há solubilidade do sólido no líquido, somente o 
primeiro estágio é alcançado. Em observações diretas no sistema W-
Cu (estágio quente em MEV) observa-se que o rearranjo é um 
processo descontínuo, ou seja, num determinado instante apenas 
grupos de partículas assumem novas posições enquanto as outras 
partículas comportam-se como um esqueleto rígido. 
 
Quando houver solubilidade entre líquido e sólido haverá densificação 
e crescimento das partículas no segundo estágio da sinterização em 
fase líquida. Este crescimento se dará justamente por dissolução e 
repreciptação. 
 
Considerando-se por exemplo o caso de esferas de W imersas em Ni 
líquido (o W se dissolve no Ni). Com a solução e repreciptação haverá 
crescimento de grão. Num determinado instante grãos irão tocar-se. 
Neste instante o crescimento de regiões com interface sólido líquido 
será favorecido. O resultado disto será a presença de grãos 
poliédricos. 
 
No momento em que há o encontro de partículas sólidas 
anteriormente separadas por um líquido define-se o terceiro estágio 
da sinterização com fase líquida. Mudanças microestruturais como 
crescimento adicional de grãos são observados nesta etapa. 
 
O perfeito entendimento dos fenômenos envolvidos na sinterização 
com fase líquida ainda não foram atingidos. Vários tem sido os 
modelos propostos, mas boa parte do desenvolvimento tem sido 
possível com base no experimentalismo. 
 
 
75 
6.4 Equipamentos e Atmosferas de Sinterização 
 
Por maior que seja a pressão de compactação, o compactado possui 
uma superfície específica elevada, e quando falamos em materiais 
metálicos, temos que considerar a oxidação. Por isto a sinterização 
via de regra se dá sob atmosfera inerte, como vácuo, ou redutora 
como sob hidrogênio. Materiais que podem ser sinterizados em 
temperatura de até 1150 oC pode utilizar-se de fornos contínuos, ou 
de esteira. A figura 6.4.1 ilustra vista lateral de um forno de esteira e 
a figura 6.4.2 apresenta vista da entrada de um forno desta natureza. 
Uma vista de forno a vácuo industrial é apresentado na figura 6.4.3. 
 
Figura 6.4.1 – Esquema de forno de esteira. 
 
76 
 
Figura 6.4.2 – Vista da entrada de forno de esteira. 
 
Quando do uso de atmosfera, uma consideração importante é quanto 
à estabilidade dos óxidos dos metais envolvidos na sinterização. A 
figura 6.4.4 apresenta curvas relacionando a estabilidade de vários 
óxidos metálicos com o ponto de orvalho de atmosfera de hidrogênio. 
 
 
 
Figura 6.4.3 – Vista de sinterização a vácuo. 
77 
 
 
Figura 6.4.4 – Ponto de orvalho de atmosfera de hidrogênio e 
estabilidade dos principais óxidos no âmbito da 
metalurgia do pó. 
 
7. Produtos Sinterizados 
 
Segue uma discussão resumida de vários produtos sinterizados. Foi 
adotada uma classificação por natureza. Outra classificação possível 
seria por aplicação e desta forma teríamos um capítulo “peças 
estruturais” onde teríamos além dos aços algumas ligas não ferrosas. 
 
7.1 Aços: média e alta densidade 
 
Sem dúvida os aços constituem a classe mais importante de produtos 
sinterizados. Isto reside principalmente no fato de que a indústria 
automobilística e de auto-peças está consumindo cada vez mais 
produtos sinterizados, na sua maioria aço sinterizado. A figura 7.1.1 
apresenta a evolução na utilização de peças sinterizadas desde 1977 
até a 1999 para veículos familiares nos USA. 
 
78 
 
Figura 7.1.1 – Evolução na utilização de peças sinterizadas pela 
indústria automobilística considerando o mercado 
americano para carros familiares. 
 
Aços sinterizados são ligas basicamente constituídas de ferro, 
carbono, cobre e níquel. A tabela apresentada na figura 7.1.2 resume 
em termos de classificação os principais aços sinterizados. 
 
 
Figura 7.1.2 – Principais aços sinterizados – Classificação MPIF 
As propriedades mecânicas de aços sinterizados dependem da 
densidade e também do teor de carbono combinado, conforme 
apresentado na figura 7.1.3. 
 
79 
 
Figura 7.1.3 – Propriedades mecânicas para um aço sinterizado com 
4% de níquel. Densidade e carbono combinado como 
variáveis. 
 
7.2 Cobre e ligas 
 
Cobre metálico sinterizado basicamente não possui aplicação prático, 
no entanto, ligas de cobre ocupam cerca de 10% do mercado de 
produtos sinterizados. Peças porosas sinterizadas em bronze são das 
mais antigas da metalurgia do pó e são usadas em filtrose buchas. A 
composição mais usada é a Cu-10%Sn, com eventuais adições de P e 
Pb. Latão sinterizado com de 10 a 40% de Zn também encontra 
aplicação em motores. 
 
80 
 
7.3 Ligas de Alumínio 
 
Devido a presença de uma camada do óxido estável Al2O3 na 
superfície das partículas de alumínio, é praticamente impossível 
sinterizar compactados de alumínio puro até altas densidades. A 
temperatura de sinterização fica limitada a 630oC, e é bastante 
próxima do ponto de fusão do alumínio. Pós pré-ligados podem ser 
usados para obter-se uma fase líquida durante a sinterização e assim 
“dissolver” o óxido superficial. 
 
7.4 Metal Duro 
 
O metal duro, juntamente com os aços, é dos mais importantes 
produtos sinterizados. É constituído de pelo menos um composto 
duro e uma matriz que funciona como “aglomerante”. O composto 
duro é basicamente um carboneto, muito comumente o carboneto de 
tungstênio. O aglomerante muita das vezes é o cobalto. Desta forma 
o metal duro WC-Co é sem dúvida o mais utilizado. A presença do 
aglomerante possui duas razões: melhorar a sinterização pela 
presença de fase líquida e aumentar a tenacidade do produto final. Os 
produtos em metal duro podem ser divididos em 4 categorias, 
conforme apresentado na tabela 7.4.1 
 
 aplicação composição dureza 
[HV] 
Resistência 
[MPa] 
K usinagem de cavaco 
curto (ferro fundido), 
ligas não ferrosas, 
plásticos e madeira 
WC-Co (Co 4-
12%), 0-3% 
TiC, 0-4% 
(Ta,Nb)C 
1300-1800 1200-2200 
P cavaco longo (aços, 
aços fundidos, e não-
ferrosos) 
WC-TiC-Co 
WC-TiC-
(Ta,Nb)C-Co 
Co(5-14%) 
1300-1700 800-1900 
M geral WC-TiC-Co 
WC-TiC-
(Ta,Nb)C-Co 
Co(6-15%) 
1300-1700 1350-2100 
G aplicações que não 
usinagem (furação, 
corte, conformação) 
WC-Co 
(Co 6-30%) 
800-1600 2000-3000 
Classificação dos produtos em metal duro. 
 
A figura 7.4.1 apresenta duas microestruturas típicas de metal duro, 
uma para o WC-20%Co e outra para o WC-TiC-NbC-9%Co. A figura 
7.4.2 apresenta peças em metal duro utilizadas em usinagem e para 
outras aplicações 
81 
 
 
a 
 
b 
 
WC-20%Co WC-TiC-NbC-9%Co 
 
 
a b 
usinagem e outras aplicações 
 
 
7.5 Materiais Magnéticos: imãs e materiais moles 
 
Materiais magnéticos que são basicamente utilizados em dispositivos 
eletromagnéticos e podem ser divididos em duas grandes classes: os 
materiais magnéticos de alta permeabilidade magnética utilizados em 
núcleos, e os chamados materiais magneticamente duros, ou seja, os 
ímãs permanentes. A figura 7.5.1 ilustra a função de cada uma 
destas duas categorias de materiais magnéticos. 
82 
 
Ilustração relativa à função das 
duas classes de materiais 
magnéticos: moles (núcleos) e 
ímãs. 
Os materiais para núcleos devem 
possuir boa capacidade de 
“amplificação” do campo 
magnético, como o que é produzido 
por uma bobina. Por outro lado, os 
ímãs devem possuir boa capacidade 
de armazenamento de campo 
magnético, para que funcione como 
gerador de campo, quando de sua 
utilização. 
Figura 7.5.1 – Classificação de materiais magnéticos. 
 
Para a construção dos núcleos (rotores e estatores) são normalmente 
utilizadas chapas de aço isoladas eletricamente, para que, 
considerando um pacote de chapas, haja uma restrição às correntes 
parasitas, que criam campos magnéticos que se opõem ao que se 
deseja amplificar, limitando o rendimento global do conjunto 
bobina/núcleo. Uma alternativa às chapas são os núcleos produzidos 
por metalurgia do pó. Para aplicações em freqüências muito baixas 
(baixo impacto das correntes parasitas), núcleos sinterizados podem 
ser utilizados, no entanto, para altas freqüências, uma alternativa 
apresentada recentemente é a conformação por compressão de 
“pacotes” compostos por partículas isoladas eletricamente. 
 
Outra classe distinta de materiais magnéticos utilizados em motores 
são os ímãs. Estes são produzidos quase que exclusivamente por 
metalurgia do pó, já que, para desenvolvimento de anisotropia de 
propriedades magnéticas, há a necessidade de orientação das 
partículas que compõem o pó antes da compactação. O 
desenvolvimento de anisotropia em materiais fundidos é complexa e 
pouco efetiva. 
 
Materiais para núcleos 
Em termos de composição química, os materiais sinterizados são 
similares aos laminados. Temos portanto desde o ferro puro até ligas 
mais sofisticadas como as ligas ferro-níquel (“permalloy”), passando 
por ligas ferro-silício, ferro-fósforo, aços inoxidáveis ferríticos, dentre 
outras. A tabela 75.1 apresenta valores de permeabilidade magnética 
(razão entre campo induzido e aplicado) máxima para alguns 
materiais magnéticos sinterizados. O custo relativo também é 
considerado. 
 
 
83 
Material Densidade 
(g/cm3) 
Custo 
relativo 
Permeabilidade 
máxima 
Fe 6,8-7,2 1 1800-3500 
Fe-P 6,7-7,4 1,2 2500-600 
Fe-Si 6,8 1,4 2000-5000 
Inox 6,7-7,2 3,5 1400-2100 
Fe-Ni 7,2-7,6 10 5000-15000 
 Propriedades de alguns materiais sinterizados 
 
Como já mencionado, uma classe de materiais magnéticos moles 
produzidos por metalurgia do pó e que podem ser utilizados em altas 
freqüências são os “insulated powders”. Dois grandes produtores de 
pós lançaram este ano produtos com esta característica. Tratam-se 
de pós isolados eletricamente (resina ou óxido), lubrificados, prontos 
para compactação - geralmente é realizada com leve aquecimento 
(“warm compaction”). O compactado pode então ser submetido a um 
tratamento térmico de baixa temperatura. 
 
Ímã permanentes 
A principal relação entre metalurgia do pó e ímãs está na 
possibilidade de orientar partículas monocristalinas, de modo a 
desenvolver propriedades magnéticas muito superiores às dos ímãs 
não orientados (isotrópicos). A figura 7.5.2 ilustra o processo de 
orientação, que geralmente ocorre na cavidade de uma matriz, e é 
seguido de compactação e sinterização. 
 
 
Ilustração do processo de orientação de 
partículas monocristalinas durante a 
compactação de ímãs produzidos por 
metalurgia do pó. A orientação é seguida 
de compactação e sinterização. Esta 
orientação se dá pela aplicação de um 
campo magnético através de bobina 
posicionada ao redor de uma matriz de 
compactação, na cavidade da qual o pó a 
ser compactado está confinado. A 
capacidade de orientação segundo este 
campo depende de vários fatores, sendo 
que os mais importantes são a 
constituição do material (ferrite, terra-
rara, etc.) e tamanho das partículas. 
Quanto maior o grau de orientação 
melhores serão as propriedades 
magnéticas do ímã. 
Figura 7.5.2 – Ilustração de partículas monocristalinas sendo 
alinhadas segundo campo magnético externo 
aplicado na compactação. 
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O desenvolvimento cronológico das propriedades magnéticas dos 
ímãs é ilustrado na figura 7.5.3. A característica magnética 
apresentada na ordenada é o produto energético do ímã, que reflete 
a capacidade de magnetização de um volume qualquer. Quanto maior 
este produto, menor será o ímã necessário para a geração de um 
determinado campo num determinado volume. 
 
 
Evolução cronológica do 
produto energético de ímãs. 
São apresentados 
separadamente os ímãs 
cerâmicos (ferrites) dos 
metálicos. A década de 50 é 
marcada pelo desenvolvimento 
de anisotropia via metalurgia 
do pó, com o surgimento das 
ferrites anisotrópicas. Na 
década de 70 é verificada uma 
“explosão” de propriedades 
magnéticas com o surgimento 
dos ímãs sinterizados de 
terras-raras. 
Figura 7.5.3 – Desenvolvimento cronológico de ímãs. 
 
As ferrites, desenvolvidas em 1950, são os percursores da utilização 
da metalurgia do pó na fabricação de ímãs orientados. Os ímãs de 
terras-raras (Sm-Co e Nd-Fe-B), desenvolvidos a partir da década de 
70, são processados de forma similar às ferrites. 
 
Uma outra classe de ímãs, que associa a metalurgia do pó com 
processos de conformação de plásticos, são