O que é sinterização em fase líquida?
Muitos sistemas de sinterização geram uma fase líquida durante o processo de sinterização. Normalmente, os elementos ou compostos adicionados não reagem ou se dissolvem na matriz e podem até se tornar líquidos durante a sinterização. Eles não molham o material da matriz, como o chumbo no bronze ou o MnS no aço inoxidável. Esta fase líquida não promove nem afeta o processo de sinterização; em vez disso, ele existe na matriz como gotículas e todo o sistema é sinterizado por meio de difusão em estado-sólido.
Além disso, quando existe uma fase líquida com reação limitada à matriz e que molha o material da matriz, a formação excessiva desta fase líquida pode levar ao colapso localizado da estrutura porque a taxa de difusão atômica da fase líquida é muito mais rápida que a da fase sólida. Portanto, controlar o conteúdo da fase líquida é benéfico para o processo de sinterização, pois a taxa de transferência de massa mais rápida leva à rápida densificação das peças. A fase líquida pode existir em duas formas: uma é quando a fase líquida está presente durante todo o período de sinterização, chamada de fase líquida contínua; a outra é quando a fase líquida solidifica durante a retenção da sinterização, chamada de fase líquida transitória.
A sinterização contínua em fase líquida é dividida em dois tipos: o primeiro tipo envolve o aquecimento de um pó misturado para formar um líquido. Um exemplo típico são ligas pesadas, como ligas W-Fe-Ni, que são aquecidas para formar Fe-Ni líquido, onde W tem solubilidade limitada; ou ligas WC-Co, onde o Co dissolve parte do WC para formar um eutético, mas o WC dissolve apenas uma pequena quantidade de Co. A Figura 7.9 mostra uma micrografia de uma liga 90W-7Ni-3Fe, que revela grãos esféricos de tungstênio na matriz da liga Ni-Fe-W. Durante a sinterização, o Fe-Ni derrete em uma fase líquida e dissolve o tungstênio, levando à esferoidização das partículas de tungstênio. O excesso de tungstênio que excede seu limite de solubilidade precipita no líquido, um exemplo típico de dissolução-reprecipitação durante a sinterização em fase líquida.
(A presença de grãos circulares de tungstênio na matriz da liga Ni-Fe-W é um exemplo típico de dissolução-reprecipitação durante a sinterização de fase.)
O segundo tipo é a sinterização em fase líquida-supersólida (SLPS). Quando o pó pré{2}ligado é aquecido acima da linha solidus, os limites dos grãos na superfície e no interior das partículas derretem, gerando uma pequena quantidade de fase líquida, o que resulta na sinterização da fase líquida-supersólida. A geração desta fase líquida facilita a densificação rápida. Um exemplo típico de uso de SLPS é o aço para ferramentas do tipo M2. A Figura 7.10 mostra uma microestrutura sinterizada típica de aço ferramenta tipo M2. A figura mostra pequenas partículas de fase de carboneto na matriz e uma quantidade maior de fase de carboneto ao longo de certos limites de grão.
(Há uma pequena quantidade de fase de carboneto dentro dos grãos e uma grande quantidade de fase de carboneto em alguns contornos de grão.)
Existem dois tipos de sinterização transitória em fase líquida: o primeiro é a sinterização por reação, que ocorre quando o elemento A e o elemento B formam um composto, liberando calor e gerando o composto AB. NiAl é um exemplo. A segunda é quando a fase líquida transitória desaparece devido à difusão de um determinado elemento para formar uma solução sólida. Por exemplo, o carbono forma um eutético com o ferro e o cromo. Quando o carbono se difunde na matriz, forma uma solução sólida e a fase líquida solidifica.