O Carboneto de Tungstênio-Cobalto (WC-Co) é amplamente apreciado por sua extrema dureza, mas essa mesma resistência torna muito difícil sua formação e fabricação. Os métodos de produção atuais consomem grandes quantidades de material caro, ao mesmo tempo que proporcionam rendimentos relativamente modestos. Como resultado, os investigadores procuraram uma forma mais eficiente e económica de produzir estes materiais excepcionalmente fortes.
As ligas duras WC-Co são necessárias para aplicações onde são necessárias alta resistência ao desgaste e alta dureza, incluindo ferramentas de corte e construção. Tradicionalmente, estes materiais são produzidos por metalurgia do pó. Neste processo, os pós de WC e Co são comprimidos sob alta pressão e aquecidos em máquinas de sinterização para formar carboneto sólido. Embora este método produza um produto final muito durável, utiliza uma quantidade significativa de matérias-primas caras e produz uma colheita ineficiente.
Para resolver este problema, os investigadores exploraram outra abordagem utilizando a produção aditiva (AM, também conhecida como impressão 3D). Seu trabalho também envolve uma técnica chamada irradiação laser de fio quente. Juntas, essas técnicas visam criar carbonetos cimentados que retêm sua resistência e durabilidade, ao mesmo tempo que reduzem o desperdício de material e os custos de fabricação.
As descobertas foram publicadas em Jornal Internacional de Metais Refratários e Materiais Sólidos e está programado para aparecer na edição impressa da revista de abril de 2026.
Método a laser de fabricação aditiva
O estudo explorou a fabricação aditiva usando irradiação laser de fio quente e testou duas estratégias de fabricação diferentes. A irradiação a laser com fio quente (também chamada de soldagem com fio quente a laser) combina um feixe de laser com um fio de enchimento aquecido. Esta combinação aumenta a taxa de aplicação (quanto metal de adição é adicionado) e aumenta a eficiência geral da produção.
Em uma abordagem experimental, uma haste de metal duro guia a fabricação enquanto um laser irradia diretamente o topo da haste. Na segunda abordagem, um laser controla o processo e direciona a energia entre a parte inferior da haste de metal duro e o material de base (ferro). Em ambas as tecnologias, os materiais são amolecidos durante a fabricação, em vez de completamente derretidos para formar uma estrutura de metal duro.
“Os carbonetos cimentados são materiais extremamente duros usados para arestas de corte de ferramentas e aplicações semelhantes, mas são feitos de matérias-primas muito caras, como tungstênio e cobalto, tornando as reduções no uso de material altamente desejáveis. Ao usar a fabricação aditiva, o metal duro pode ser aplicado apenas onde é necessário, reduzindo assim o consumo de material”, disse o autor correspondente Keita Marumoto, professor associado da Escola de Pós-Graduação da Universidade Prospectiva de Hiroshima. Ciência e tecnologia.
Alcançando dureza industrial sem defeitos
Experimentos mostraram que esta estratégia de fabricação aditiva pode manter a dureza e a resistência mecânica normalmente alcançadas pelos métodos de fabricação convencionais. O material resultante alcançou níveis de dureza acima de 1400 HV (unidade que representa resistência à penetração), evitando defeitos ou destruição do material.
Materiais com esse nível de dureza estão entre os mais duros utilizados em aplicações industriais, ficando logo abaixo dos materiais superduros, como safira e diamante. A produção de moldes de liga dura sem defeitos parece ser alcançável com esta abordagem, que foi o objetivo principal do estudo. No entanto, os resultados variaram dependendo do método de fabricação utilizado.
Por exemplo, a técnica da haste fez com que o WC se decompusesse próximo ao topo da estrutura, criando defeitos no material acabado. O método a laser também teve dificuldade em manter a dureza necessária para o sucesso.
Os pesquisadores resolveram esses problemas introduzindo uma camada intermediária à base de liga de níquel. Combinado com um controle cuidadoso das condições de temperatura (acima do ponto de fusão do cobalto, abaixo da temperatura de crescimento do grão), esse ajuste possibilitou a produção de metal duro por meio da manufatura aditiva, mantendo a dureza do material.
Melhorias e adições futuras
Os resultados fornecem um ponto de partida promissor para um maior desenvolvimento. O trabalho futuro se concentrará na redução de rachaduras durante a fabricação e na criação de formas mais complexas.
“A abordagem de formar materiais metálicos amolecendo-os em vez de derretê-los completamente é nova e pode ser aplicada não apenas aos carbonetos cimentados que foram o foco deste estudo, mas também a outros materiais”, disse Marumoto.
Olhando para o futuro, os investigadores procuram produzir ferramentas de corte, explorar a utilização de outros materiais e continuar a explorar formas de aumentar a resistência das peças feitas com esta técnica.
O estudo foi conduzido por Keita Marumoto e Motomichi Yamamoto, da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima.
