BRPI0803956A2 - composição metalúrgica de materiais particulados, produto sinterizado autolubrificante e processo de obtenção de produtos sinterizados autolubrificantes - Google Patents

Abstract

A composição metalúrgica compreende um material metálico particulado principal, por exemplo ferro ou níquel, e pelo menos um elemento de liga endurecedor do material metálico principal , formadores de uma matriz estrutural (10); um lubrificante sólido particulado (20), como grafita, nitreto hexagonal de boro ou mistura de ambos; e um elemento de liga particulado, capaz de formar, durante a sinterização da composição conformada por compactação ou por moldagem por injeçáo,uma fase liquida, aglomerando o lubrificante sólido (20) em partículas discretas. A composição pode compreender um componente de liga para estabilizar a fase alfa da matriz de ferro, durante a sinterização, para evitar que o lubrificante sólido grafita seja solubilizado no ferro. A invenção envolve ainda um produto sinterizado autolubrificante, obtido da composição e ainda seu processo de obtenção.

Description

"COMPOSIÇÃO METALÚRGICA DE MATERIAIS PARTICULADOS,PRODUTO SINTERIZADO AUTOLUBRIFICANTE E PROCESSO DEOBTENÇÃO DE PRODUTOS. SINTERIZADOS AUTOLUBRIFICANTES".

Campo da Invenção

A presente invenção diz respeito às técnicas específicasde fabricação de produtos acabados (peças) e semi-acabados (artigos diversos) conformados a partir de umacomposição metalúrgica de materiais particulados (naforma de pós metálicos e não metálicos) e a seremsinterizados, ditos produtos compreendendo, além doselementos constitutivos da matriz metálica estrutural doproduto a ser formado durante a etapa de sinterização, umlubrificante sólido, em forma particulada, disperso namatriz metálica, levando à formação da microestrutura deum produto compósito autolubrificante, com matrizmetálica continua, e capaz de imprimir, aos produtossinterizados, um baixo coeficiente de atrito aliado aelevadas resistência mecânica e dureza da peça ou produtosinterizado. A invenção abrange a referida composiçãometalúrgica para formação do produto compósitoautolubrificante (peças), por sinterização, a partir dareferida composição e ainda as técnicas ou processosalternativos específicos para a obtenção das referidaspeças ou produtos por metalurgia do pó.

Histórico da Invenção

Na engenharia mecânica, cresce a busca pela obtenção demateriais para aplicações nas quais se requerpropriedades como elevada resistência mecânica e aodesgaste, aliadas a um baixo coeficiente de atrito.

Atualmente, problemas de desgaste e corrosão somados,representam perdas de 2% a 5% do PIB mundial; cerca de35% de toda energia mecânica produzida no planeta éperdida por deficiência em lubrificação, sendo convertidaem calor por atrito. Além da perda de energia, o calorgerado prejudica o desempenho do sistema mecânico peloaquecimento. Assim, manter o coeficiente de atrito baixoem peças mecânicas que se atritam é de fundamentalimportância, não só para economizar energia, mas também,para aumentar a durabilidade das mesmas e dos sistemasmecânicos onde operam; além disso, contribui para apreservação do meio ambiente.

A forma utilizada para reduzir desgaste e atrito entresuperfícies em movimento relativo é manter estasseparadas, intercalando entre elas uma camada delubrificante. Dentre as possíveis formas de lubrificação,a hidrodinâmica (lubrificantes fluidos) é a maisutilizada. Na lubrificação hidrodinâmica é formada umapelícula de óleo que separa completamente as superfíciesem movimento relativo. Deve ser salientado, no entanto,que o uso de lubrificantes fluidos é muitas vezesproblemático, como em aplicações para temperaturas muitoaltas ou muito baixas, em aplicações onde o lubrificantefluido pode reagir quimicamente e quando o lubrificantefluido pode agir como contaminante. Além disso, emsituações de lubrificação limite, decorrentes de paradasde ciclo ou em situações de impossibilidade de formaçãode um filme de óleo contínuo, existe o contato entre aspeças e, conseqüentemente, o desgaste.

A lubrificação a seco, isto é, com a utilização delubrificantes sólidos, é uma alternativa à lubrificaçãotradicional, pois atua pela presença de uma camada delubrificante que impede o contato entre as superfíciesdos componentes, sem apresentar, porém, o rompimento dacamada formada.

Os lubrificantes sólidos têm sido bastante aceitos emáreas de lubrificação problemática. Eles podem serutilizados em temperaturas extremas, sob altas cargas eem ambientes quimicamente reativos, onde lubrificantesconvencionais não podem ser utilizados. Além disso, alubrificação a seco (lubrificantes sólidos) é umaalternativa ambientalmente mais limpa.

O lubrificante sólido pode ser aplicado aos componentesde um par tribológico, na forma de filmes (ou camadas)depositados ou gerados na superfície dos componentes ouincorporado ao volume do material de ditos componentes,na forma de partículas de segunda fase. No caso daaplicação de filmes ou camadas específicas, quandoacontece desgaste destes filmes ou camadas, ocorre ocontato metal-metal e o conseqüente e rápido desgaste dassuperfícies desprotegidas confrontantes e dos componentesrelativamente móveis. Nessas soluções de aplicação defilmes ou camadas, deve ser ainda considerada adificuldade de reposição do lubrificante, sua oxidação esua degradação.

Assim, uma forma mais adequada e que permite aumentar otempo de vida do material, ou seja, dos componentes, é aincorporação do lubrificante sólido no volume do materialcomponente, em um material composito de baixo coeficientede atrito. Isto é possível por meio da tecnologia deprocessamento de materiais a partir de pós, ou seja, pelaconformação de uma mistura de pó por compactação,incluindo prensagem, laminação, extrusão e outros, ouainda por moldagem por injeção, seguida de sinterização,para obtenção de um material composito contínuo,geralmente já na geometria e nas dimensões finais(produto acabado) ou em geometria e dimensões próximasdas finais (produto semi-acabado).

Componentes mecânicos autolubrificantes (produtos dametalurgia do pó) apresentando baixo coeficiente deatrito, tal como buchas autolubrificantes sinterizadas,produzidas via metalurgia do pó, a partir de materiaiscompósitos, compreendendo um precursor particulado,formador da matriz estrutural da peça, e um lubrificantesólido particulado, a ser incorporado na matrizestrutural da peça, vêm encontrando uso emeletrodomésticos e pequenos equipamentos diversos, como:impressoras, barbeadores elétricos, furadeiras,liqüidificadores, entre outros. Na maior parte dos casosjá bem conhecidos da técnica, para a matriz estruturalutiliza-se bronze, cobre, prata, e ferro puro. Comolubrificante sólido utiliza-se: dissulfeto de molibdênio(MoS2) , prata (Ag), politetrafluoretileno (PTFE) edisseleneto de molibdênio (MoSe2) . Este tipo de buchaautolubrificante, principalmente com matriz de bronze ecobre contendo, como partículas de lubrificante sólido,pó de grafita, dissulfeto de molibdênio e selênio emetais de baixo ponto de fusão, tem sido produzido eutilizado há décadas em diversas aplicações deengenharia.

No entanto, estas peças não apresentam elevadaresistência mecânica em função do seu elevado teorvolumétrico (de 25% a 40%) de partículas de lubrificantesólido, o que resulta em um baixo grau de continuidade dafase matriz, que é o elemento microestrutural responsávelpela resistência mecânica da peça. Este elevado teor delubrificante sólido tem sido considerado necessário paraa obtenção de um baixo coeficiente de atrito em umasituação onde tanto as propriedades mecânicas da matrizmetálica (resistência e dureza) quanto os parâmetrosmicro-estruturais, como o tamanho das partículas delubrificante sólido dispersas na matriz e o livre caminhomédio entre estas no material composito formado, não eramotimizados. 0 elevado percentual volumétrico delubrificante sólido, que possui baixa resistênciaintrínseca ao cisalhamento, não contribui para aresistência mecânica da matriz metálica.

Além disso, a baixa dureza da matriz metálica permite aobstrução gradativa das partículas de lubrificante sólidona superfície de contato do material ou produtosinterizado. Assim, para manter um coeficiente de atritosuficientemente baixo, um percentual volumétrico elevadode lubrificante sólido tem sido tradicionalmenteutilizado na composição de materiais compósitosautolubrificantes a seco.

Um cenário parcialmente diferenciado e mais evoluído, secomparado com o do descrito anteriormente, é apresentadono documento US6890368, que propõe um material compositoautolubrificante para utilização em temperaturas nointervalo entre 300°C a 600°C, com resistência a traçãosuficiente (6t a 400MPa) e coeficiente de atrito menorque 0,3. Este documento apresenta uma solução para aobtenção de peças ou produtos de baixo coeficiente deatrito, sinterizados a partir de uma mistura de materialparticulado de formação de uma matriz estrutural metálicae incluindo, como partículas de lubrificante sólido emseu volume, principalmente nitreto hexagonal de boro,grafita ou uma mistura destes e afirma que o referidomaterial é adequado para utilização em temperaturas nointervalo entre 300°C a 600°C, com resistência a traçãosuficiente (6t a 400MPa) e coeficiente de atrito menorque 0,3.

Ocorre que peças ou produtos obtidos a partir daconsolidação de uma mistura de pós na qual estãopresentes ao mesmo tempo os pós da matriz estrutural e ospós de lubrificante sólido, como por exemplo, nitretohexagonal de boro e grafita, apresentam baixa resistênciamecânica e fragilidade estrutural após sua sinterização.

A deficiência acima citada é decorrência da dispersãoinadequada, por cisalhamento, da fase lubrificante sólidoentre as partículas de pó da matriz estrutural 10, dacondição ilustrada na figura IA dos desenhos anexos, paraa condição ilustrada na figura 1B, durante as etapas demistura e de conformação (densificação) das peças ouprodutos a serem produzidos. O lubrificante sólido 20 seespalha, por cisalhamento, entre as partículas da fasematriz estrutural 10, tendendo envolvê-las, durante asetapas de mistura e de conformação como por compactação,por prensagens de pós, laminação de pós, extrusão de pós,bem como por moldagem de pós por injeção, as quaisimprimem, ao referido lubrificante sólido, tensões queultrapassam a sua baixa tensão de cisalhamento, conformeesquematicamente ilustrado na figura 1B dos desenhosanexos.

Por outro lado, a presença da camada de lubrificantesólido entre as partículas (do pó) da matriz estrutural,quando se trata de um lubrificante sólido solúvel namatriz, não atrapalha a formação de "necks" desinterização entre as partículas da matriz metálicaestrutural do composito. No entanto, neste caso, olubrificante sólido, ao ser dissolvido, durante asinterização da peça, perde a sua função de lubrificar,pois a fase de lubrificante sólido desaparece pordissolução na matriz. Quando se trata de lubrificantesólido insolúvel na matriz estrutural, como é o caso donitreto hexagonal de boro, a camada 21 formada porcisalhamento (ver Figura 1B) atrapalha a formação decontatos metálicos entre estas partículas formadoras damatriz estrutural 10 do composito durante a sinterização;isto contribui para a diminuição do grau de continuidadeda fase matriz estrutural 10 do material composito,fragilizando estruturalmente o material e os produtosobtidos.

Em função das limitações acima, torna-se necessária umasolução técnica tanto para evitar a solubilização doslubrificantes solúveis na matriz estrutural, como parareagrupar o lubrificante sólido não solúvel, disperso naforma de camada 21 nas etapas de homogeneização mecânicae de conformação (densificação) da mistura de materiaisparticulados, em partículas discretas durante asinterização.

Situação semelhante à descrita ocorre quando da misturade partículas de lubrificante sólido não solúvel compartículas da matriz estrutural do material composito, olubrificante sólido 20 possuindo tamanho de partículamuito menor do que aquele das partículas do material queforma a matriz estrutural 10 do composito (ver figura 2Bdos desenhos anexos). Neste caso, as partículas muitomais finas do lubrificante sólido 20 tendem a formar umacamada 21 relativamente contínua entre as partículas dopó metálico da matriz estrutural 10, mesmo sem tensõescisalhantes durante as etapas de processamento anterioresà sinterização. A camada 21, quase contínua, departiculado fino do lubrificante sólido 20, prejudica asinterização entre as partículas da matriz estruturalmetálica 10, fragilizando estruturalmente a peça final.Em casos de fases insolúveis, uma distribuição maisadequada é aquela em que as partículas do materialparticulado da matriz do composito e as partículas dolubrificante sólido a ser disperso na matriz apresentamtamanho de partícula da mesma ordem de grandeza (verfigura 2A).

Como a matriz estrutural 10 metálica é o único elementomicroestrutural da composição que confere resistênciamecânica ao material composito a ser formado, quantomaior o grau de continuidade da matriz metálica doreferido composito, maior será a resistência mecânica doartigo ou peça sinterizada produzida com o material. Amanutenção do elevado grau de continuidade da matrizestrutural metálica do material compositoautolubrificante a seco sinterizado requer, além de baixaporosidade, baixo percentual volumétrico da faselubrificante sólido, já que este não contribui para aresistência mecânica do material e, em decorrência, nãocontribui para a resistência mecânica dos produtossinterizados.

Portanto, torna-se necessária uma solução técnica tantopara evitar a solubilização dos lubrificantes quandosolúveis na matriz, como para reagrupar o lubrificantesólido que, por cisalhamento, durante as etapas dehomogeneização mecânica da mistura e de conformação(densificação), resultou em uma distribuição na forma decamadas 21 no volume do material, atrapalhando asinterização e o grau de continuidade da matrizestrutural 10 do composito. 0 lubrificante sólido 20 deveestar disperso no volume do material composito, na formade partículas discretas, distribuídas uniformemente, istoé, com um livre caminho médio, "X", regular entre aspartículas da matriz estrutural 10 metálica (ver figura3). Isto permite gerar maior eficiência de lubrificaçãoe, ao mesmo tempo, maior grau de continuidade da matrizdo compósito, garantindo maior resistência mecânica aomaterial compósito autolubrificante, formado durante asinterização, conforme ilustrado na figura 3.

As composições preparadas para gerar compósitosautolubrificantes que apresentam como material paraformação da matriz, o elemento metálico ferro ou ligasferrosas e tendo,ao mesmo tempo, a grafita comolubrificante sólido, resultam em um material compósitosinterizado autolubrificante com uma matriz que poderesultar excessivamente dura e fragilizada e com umcoeficiente de atrito acima do esperado e desejado, emdecorrência da solubilização do carbono pela matrizferro.

Nas elevadas temperaturas de sinterização (superiores a723°C) o elemento químico carbono da grafita ésolubilizado na estrutura cúbica de faces centradas doferro (ferro gama) ou da liga ferrosa austenítica. Assim,a utilização de lubrificante sólido contendo grafitaresulta em uma indesejável reação do carbono com o ferro,durante a sinterização, a partir de temperaturas acima de72 3°C, resultando em uma peça com reduzida ou nenhumapropriedade autolubrificante, pois todo ou grande partedo carbono da grafita deixa de operar como lubrificantesólido, formando carboneto de ferro.

0 referido documento US6890368 apresenta uma solução dematerial de formação de matriz metálica no qual, paraevitar a interação do lubrificante sólido, definido pelagrafita, com as partículas da matriz estrutural ferrosa,é provido o revestimento prévio das partículas de grafitacom um metal que, durante as altas temperaturas desinterização, minimiza a possibilidade de interação dagrafita encapsulada a matriz estrutural ferrosa.

Apesar de a solução sugerida no documento US6890368resolver o problema de perda do lubrificante sólidografita durante a sinterização da peça peloencapsulamento da grafita, este mesmo encapsulamentodificulta o espalhamento da grafita para formação de umacamada na superfície de trabalho da peças quando emserviço (quando atritadas em movimento relativo),diminuindo a realimentação com lubrificante sólido,tornando a lubrificação menos eficiente. Além disso,apenas o encapsulamento da grafita não resolve o problemade fragilização da matriz metálica quando o lubrificantesólido contém nitreto hexagonal de boro, que pode, porcisalhamento, gerar um filme entre as partículas damatriz durante as etapas de mistura mecânica em moinhos ede conformação (densificação). 0 problema de fragilizaçãoda peça sinterizada, em função do cisalhamento dolubrificante sólido nitreto hexagonal de boro, não édiscutido no referido documento norte-americano anterior,apesar desse documento considerar a compactação e a pré-sinterização como uma das possíveis técnicas de moldagemda peça a ser sinterizada, contendo o referidolubrificante sólido de baixa tensão de cisalhamento.

Além das deficiências acima, a referida solução deencapsulamento da grafita apresenta um elevado custo emfunção dos materiais envolvidos e da necessidade detratamento prévio de metalização desse lubrificantesólido.

Além disso, os tipos de matriz, em geral utilizados atérecentemente, para a fabricação de peças ou produtos, emmateriais compósitos autolubrificantes, não apresentam adureza necessária para evitar que as partículas da faselubrificante sólido sejam encobertas rapidamente pelafase matriz por micro-deformação plástica, decorrente dosesforços mecânicos a que a superfície de trabalho da peçaé submetida, dificultando a manutenção de uma tribocamadapelo espalhamento do lubrificante sólido na referidasuperfície de trabalho da peça.

A matriz metálica do material necessita elevadaresistência à deformação plástica para operar não só comosuporte mecânico com a necessária capacidade decarregamento, como também para evitar que as partículasde lubrificante sólido sejam encobertas por escoamentoplástico da matriz estrutural durante o funcionamento dapeça (quando atritadas em movimento relativo), impedindoo espalhamento do lubrificante sólido na interface ondeocorre o movimento relativo entre as peças.Sumário da Invenção

É, portanto, um objetivo da presente invenção prover umacomposição metalúrgica de material composito, formado poruma matriz estrutural metálica e por um lubrificantesólido não-metálico, e que seja adequada para afabricação, por meio de operações de conformação(densificação) e de sinterização, de produtossinterizados (acabados e semi-acabados), apresentandobaixo coeficiente de atrito aliado a uma elevadaresistência mecânica e elevada dureza.

É igualmente um objetivo de a presente invenção proveruma composição metalúrgica de material composito parafabricação, por meio de operações de conformação(densificação) e de sinterização, de produtossinterizados, tal como acima citado e que não exija otratamento prévio do lubrificante sólido particuladocontendo carbono, isto é, da grafita, quando aplicado auma matriz a base de ferro ou de liga ferrosa, mesmo queesta permita a dissolução do carbono nas temperaturas desinterização.

Um objetivo adicional da presente invenção é prover umacomposição tal como acima citada e que seja de obtençãofácil e de baixo custo.

É igualmente um objetivo de a presente invenção prover umproduto sinterizado, obtido a partir de uma conformação,por compactação via prensagem, laminação, extrusão eoutros ou por moldagem por injeção, seguida de umasinterização, da composição acima definida e queapresente um alto grau de continuidade da matrizestrutural metálica, um baixo coeficiente de atrito e umaalta resistência mecânica, utilizando um lubrificantesólido compreendendo, por exemplo, grafita, nitretohexagonal de boro ou mistura de ambos.

É igualmente um objetivo da presente invenção prover umprocesso de obtenção de produtos sinterizados, por meiode conformação (densificação) e sinterização, e que evitea necessidade de preparo prévio de partículas dacomposição utilizada, para garantir a continuidade damatriz metálica e os desejados valores de coeficiente deatrito e de resistência mecânica do produto obtido.

Em um primeiro aspecto da presente invenção, os objetivosacima são alcançados através de uma composiçãometalúrgica de material compósito, para a fabricação deprodutos compósitos autolubrificantes e sinterizados,previamente conformados por uma das operações decompactação e de moldagem por injeção de dita composição,a qual compreende uma mistura de: um materialparticulado, definidor de uma matriz estrutural metálica;um material particulado, definidor de um lubrificantesólido passível de cisalhar e formar uma camada sobre aspartículas do material de formação da matriz estruturalmetálica, quando da homogeneização mecânica da misturados componentes ou da conformação (densificação) dacomposição do material compósito; e pelo menos ummaterial particulado definindo um elemento de ligaparticulado (elemento químico) capaz de formar uma faselíquida durante a sinterização, por reação com a matrizdo material compósito, permitindo reverter, durante asinterização, a distribuição desfavorável do lubrificantesólido presente em forma de camada.

A fase líquida, formada por interdifusão dos componentesda mistura de particulados, ao se espalhar por sobre aspartículas do material da matriz, presentes no materialem formação, penetra entre estas e a camada delubrificante sólido aderido, removendo-o e provocando aaglomeração do lubrificante sólido em partículasdiscretas dispersas no volume do material da matriz,permitindo a geração de continuidade de matéria entre aspartículas da fase matriz durante a sinterização.

Em um outro aspecto da presente invenção, é provida umacomposição metalúrgica de material compósito, para afabricação de produtos sinterizados a partir de umcomponente previamente conformado (densifiçado) com acomposição acima definida e que compreende uma misturade: um material particulado definidor de uma matrizestrutural metálica (matriz do compósito) e de ummaterial particulado definidor de um lubrificante sólidopassível de reação com o material particulado da matrizestrutural metálica, nas temperaturas de sinterizaçãodeste último material particulado; e pelo menos ummaterial particulado definindo um componente de ligaestabilizador da fase alfa do material da matrizestrutural metálica (matriz do compósito) nas ditastemperaturas de sinterização.

Em um outro aspecto da presente invenção, cs objetivosacima são alcançados através de um produto sinterizadocompreendendo uma matriz estrutural metálica obtida porqualquer uma das composições anteriores e apresentandodispersão de partículas discretas de lubrificante sólido,sendo a matriz estrutural metálica contínua eapresentando uma quantidade de lubrificante sólido igualàquela contida na dita composição metalúrgica utilizadapara a formação do produto.

Em um outro aspecto da presente invenção, os objetivosacima são alcançados através de um processo de obtençãode um produto sinterizado a partir da composiçãometalúrgica acima definida e apresentando dispersão departículas de lubrificante sólido, dito processocompreendendo as etapas de: a- misturar, em quantidadespré-determinadas, os materiais particulados definidoresda composição metalúrgica e realizar a homogeneização,por exemplo mecânica e em moinho/misturador; b- prover aconformação (densificação) da mistura obtida, imprimindoà dita mistura, o formato do produto (peça) a sersinterizado; e c- sinterizar o material pré-compactado.Quando a conformação da composição metalúrgica,previamente à sinterização, for realizada por extrusão oupor moldagem por injeção é necessário incluir na ditacomposição um ligante orgânico par imprimir fluidez àcomposição durante a fase de conformação.

O material compósito autolubrificante obtido com apresente invenção pode ser utilizado para a fabricação decomponentes de elevada resistência mecânica, ou seja,para fabricação de componentes mecânicos tais comoengrenagens, pinhões, coroas, garfos e acionadores,pistões e bielas para compressores, etc. e não só parabuchas autolubrificantes a seco.

O elevado desempenho mecânico e tribológico simultâneossão decorrentes da aplicação de uma série de requisitosespecíficos relacionados às propriedades mecânicas damatriz e aos parâmetros micro-estruturais projetados parao material da composição, que são os seguintes: dureza eresistência mecânica da matriz, tamanho e livre caminhomédio entre as partículas de lubrificante sólidodispersas na matriz; grau de continuidade da matriz;percentual volumétrico de partículas de lubrificantesólido dispersas na matriz metálica; e estabilidaderelativa entre a fase lubrificante sólido e a matriz.

Breve Descrição dos Desenhos

A seguir, a invenção será descrita com base nos desenhosem anexo, dados a título de exemplo de concretizações dainvenção e nos quais:

A figura IA representa, esquematicamente, uma porção damicroestrutura da composição de material particulado datécnica anterior, compreendendo uma matriz estrutural eum lubrificante sólido contendo nitreto hexagonal de boroe/ou grafita, antes de ter sido submetida à operação dehomogeneização mecânica da mistura dos materiaisparticulados e de conformação (densificação) da peça,antes da sinterização;

A figura 1B representa uma vista semelhante à da figuraIA, mas ilustrando a microestrutura da mesma composiçãode material particulado da técnica anterior, após tersido homogeneizada e conformada, com a formação de umacamada de lubrificante sólido entre as partículas damatriz estrutural;

A figura 2A representa, esquematicamente, uma porção damicroestrutura da composição ou mistura do materialparticulado da matriz estrutural metálica com o materialdo lubrificante sólido particulado tendo um tamanho departícula semelhante (mesma ordem de grandeza) ao tamanhode partícula da matriz estrutural metálica, favorecendo ograu de continuidade da mesma;

A figura 2B representa, esquematicamente, uma porção damicroestrutura da composição do material particulado damatriz estrutural, com o lubrificante sólido tendotamanho de partícula muito menor que o da matrizestrutural metálica, com o que as partículas muito maisfinas do lubrificante sólido tendem a formar uma camadarelativamente contínua entre as partículas da matrizestrutural metálica, mesmo na ausência de tensõescisalhantes durante as etapas de processamento anterioresà sinterização;

A figura 3 mostra, esquematicamente, o lubrificantesólido na forma de partículas discretas distribuídasuniformemente, com um livre caminho médio "X" regularentre elas, em uma porção da microestrutura da composiçãode material particulado objeto da presente invenção;

A figura 4 representa uma fotografia da microestrutura doproduto sinterizado autolubrificante cuja matrizestrutural é uma liga ferrosa, evidenciando as partículasde grafita e de nitreto hexagonal de boro e a provisão dafase líquida dispersa entre o material particulado damatriz estrutural durante a sinterização.

A figura 5 representa, esquematicamente e em diagramasimplificado, um exemplo de compactação na formação deuma peça ou produto, a ser posteriormente sinterizado,dita compactação sendo feita de modo a prover uma camadaautolubrificante em duas faces opostas do produto a sersinterizado;

As figuras 6A, 6B e 6C representam exemplos de produtoscuja conformação é obtida por compactação, realizada porextrusão, respectivamente, de uma barra de materialcomposito autolubrificante, de um tubo em materialcomposito autolubrificante e de uma barra com núcleo emliga metálica revestido com uma camada externa commaterial autolubrificante; e

A figura 7 representa, esquematicamente e em diagramasimplificado, um exemplo de compactação na formação deuma peça ou produto, a ser posteriormente sinterizado,dita compactação sendo feita por laminação de um materialcomposito autolubrificante sobre as faces opostas de umachapa ou tira em liga metálica.

Descrição da Invenção

Conforme já anteriormente mencionado, um dos objetivos dainvenção é o de prover uma composição metalúrgica demateriais particulados, que possa ser homogeneamentemisturada e conformada (densifiçada) por compactação(prensagem, laminação, extrusão) ou por moldagem porinjeção, para que possa assumir uma geometria definida(peça) a ser submetida a uma sinterização, para aobtenção de um produto que apresente elevada dureza,resistência mecânica e reduzido coeficiente de atrito, emrelação aos produtos obtidos pelos ensinamentos do estadoda técnica. A composição metalúrgica em questãocompreende um material metálico particulado principal,preponderante na formação da composição, e pelo menos umelemento endurecedor de liga, particulado, sendo essescomponentes os responsáveis pela formação de uma matrizestrutural 10 no produto composito a ser sinterizado.De acordo com a invenção, o material metálico particuladoprincipal é geralmente ferro ou níquel, definindo umamatriz estrutural ferrosa ou uma matriz estrutural a basede níquel.

Na composição que utiliza o ferro como material metálicoparticulado principal, o elemento endurecedor de ligaparticulado, com função endurecedora da matriz, édefinido, por exemplo, por pelo menos um dos elementosselecionados de cromo, molibdênio, carbono, silício,manganês e níquel, devendo ser entendido que poderão serutilizados outros elementos que realizem a mesma funçãona matriz estrutural 10. Deve ser observado que ainvenção requer a provisão de um elemento endurecedor deliga que possa realizar uma função de endurecimento damatriz estrutural 10 a ser formada, não devendo esseaspecto ser limitado aos exemplificados elementos de ligaaqui apresentados.

Além dos componentes formadores da matriz estrutural 10,a composição em questão compreende um lubrificante sólidoparticulado 20, não-metálico que é preferivelmente, masnão exclusivamente, definido por nitreto hexagonal deboro, grafita ou ainda por uma mistura de ambos emqualquer proporção, dito lubrificante sólido particulado20 representando um percentual volumétrico menor ou iguala cerca de 15% do volume do material compósito a serformado, o que constitui um percentual muito menor do queos usuais 25% a 40% da técnica anterior, contribuindo, demodo relevante, para um maior grau de continuidade damatriz estrutural 10 e, conseqüentemente, para uma maiorresistência mecânica do produto sinterizado a ser obtido.

Conforme já mencionado na discussão da técnica anterior eilustrado nas figuras IA, 1B, 2A e 2B, em razão da baixatensão de cisalhamento do lubrificante sólido particuladoe não-metálico utilizado na formação da composição e,posteriormente, do produto sinterizado compósito, duranteas etapas de mistura dos materiais particulados dacomposição e de sua conformação, por compactação ou pormoldagem por injeção, as tensões aplicadas aolubrificante sólido 2 0 promovem seu espalhamento porentre as partículas formadoras da fase matriz estrutural10, tendendo a envolvê-las em um filme ou camada 21,prejudicando a formação do "necks" de sinterização entreas partículas de formação da matriz estrutural metálica10, quando o lubrificante sólido particulado 2 0 forinsolúvel no material da matriz estrutural 10, comoocorre com o nitreto hexagonal de boro em relação a umamatriz estrutural 10 ferrosa ou a base de níquel.

Para evitar a deficiência acima, a composição da presenteinvenção compreende ainda pelo menos um elemento de ligaparticulado, capaz de formar, nas temperaturas desinterização da composição metalúrgica conformada, umafase líquida entre o material particulado formador damatriz estrutural 10 e o lubrificante sólido particulado20, forçando esse último a aglomerar-se em partículasdiscretas, homogeneamente dispersas no material da matrizestrutural 10, conforme ilustrado na figura 3. A formaçãoda fase líquida e sua ação sobre o lubrificante sólidoparticulado 2 0 permitem a obtenção de um elevado grau decontinuidade da matriz estrutural 10 no produto compósitosinterizado a ser obtido.

Quando a composição metalúrgica da invenção é conformadapor compactação e utiliza uma matriz estrutural ferrosa,o material metálico particulado principal de ferroapresenta, preferivelmente, um tamanho médio de partículasituado entre cerca de 10 um a cerca de 90 um. Por suavez, o elemento endurecedor, com função endurecedora damatriz estrutural 10, e o elemento de liga particulado,com função de formar a fase líquida e aglomerar olubrificante sólido particulado 20, durante asinterização da composição metalúrgica conformada porcompactação (densificação), apresentam um tamanho médiode partícula menor do que cerca de 4 5 um, devendo serentendido que o tamanho médio de partícula do materialmetálico particulado principal de ferro deve serpreferivelmente maior do que o tamanho médio de partículado elemento endurecedor e do elemento de liga.

A composição metalúrgica com matriz estrutural 10 a basede ferro, acima descrita e conformada por compactação oupor moldagem por injeção, pode ser completada com oelemento endurecedor e com o elemento de liga quando olubrificante sólido particulado 20 for do tipo insolúvelna referida matriz estrutural 10 ferrosa, por exemplo onitreto hexagonal de boro, pois não ocorre a reação dolubrificante sólido particulado 20 com o materialformador da matriz estrutural 10 com as temperaturas desinterização de cerca de 1125°C a cerca de 1250°C. Areação do lubrificante sólido particulado 2 0 com a matrizestrutural 10, faz com que o primeiro desapareça parcialou totalmente no material da segunda, prejudicando oumesmo eliminando a característica autolubrificante doproduto sinterizado a ser obtido.

No entanto, no caso de a matriz estrutural 10 ser, porexemplo, a base de ferro e de lubrificante sólidoparticulado 2 0 ser pelo menos parcialmente solúvel namatriz estrutural 10, nas temperaturas de sinterização dacomposição metalúrgica conformada por compactação ou pormoldagem por injeção, como ocorre, por exemplo, com agrafita ou uma mistura de grafita e nitreto hexagonal deboro, a composição metalúrgica em questão devecompreender ainda pelo menos um componente de liga capazde estabilizar a fase alfa do ferro, durante asinterização da composição metalúrgica e, assim, evitarque ocorra a solubilização e a incorporação dolubrificante sólido particulado 20 no ferro da matrizestrutural 10.

De acordo com a invenção, o componente de liga,estabilizador da fase alfa do ferro, é definido por pelomenos um dos elementos selecionados de fósforo, silício,cobalto, cromo e molibdênio. Apesar desses elementosserem considerados os mais adequados para, separada ouconjuntamente, agirem na estabilização de fase alfa doferro nas temperaturas de sinterização (cerca de 1125°C acerca de 1250°C) deve ser entendido que a invenção resideno conceito da estabilização da fase alfa do ferro e nãono fato de o ou os componentes de liga utilizados seremnecessariamente aqueles aqui exemplificados.Preferivelmente, para a composição tendo matrizestrutural 10 a base de ferro e com lubrificante sólidoparticulado 20 pelo menos parcialmente solúvel na matrizestrutural 10, sendo constituído, por exemplo, porgrafita ou por uma mistura de grafita e nitreto hexagonalde boro, o elemento endurecedor de liga particulado, comfunção endurecedora da matriz estrutural 10, o elementode liga particulado, com função de formar a fase líquidae aglomerar o lubrificante sólido particulado 20, e ocomponente de liga, com função estabilizadora da fasealfa do ferro, são definidos, por exemplo, por umelemento selecionado de silício, em teores de cerca de 2%a cerca de 5% em peso da composição metalúrgica, e de umamistura de silício, manganês e carbono, em teores decerca de 2% a cerca de 8% em peso da composiçãometalúrgica.

Quando a composição metalúrgica da invenção é conformadapor moldagem por injeção e utiliza uma matriz estruturalferrosa, o material metálico particulado principal deferro apresenta, preferivelmente, um tamanho de partículasituado entre cerca de 1 um a cerca de 45 um. Da mesmaforma, o elemento endurecedor, com função endurecedora damatriz estrutural 10, o elemento de liga particulado, comfunção de formar a fase líquida e aglomerar olubrificante sólido particulado 20, durante asinterização da composição metalúrgica conformada pormoldagem por injeção e o lubrificante sólido particulado,apresentam um tamanho de partícula também entre cercade lum a cerca de 4 5um.

Conforme já mencionado, a matriz estrutural 10 dacomposição metalúrgica pode ser a base de níquel, quandoentão qualquer um dos lubrificantes sólidos, particulados20, aqui exemplificados como grafita, nitreto hexagonalde boro ou uma mistura de ambos em qualquer proporção,terá a característica de ser insolúvel na matrizestrutural 10 de níquel, nas temperaturas de sinterizaçãoda composição metalúrgica, de cerca de 1125°C a cerca de1250°C, dispensando a utilização do componente de ligaparticulado estabilizador da fase alfa do ferro.Na composição metalúrgica com matriz estrutural 10 emníquel, o necessário elemento de liga particulado, comfunção de formar a fase líquida , e aglomerar olubrificante sólido particulado 20, durante asinterização da composição metalúrgica, é definido, porexemplo, por pelo menos um dos elementos selecionados decromo, fósforo, silício, ferro, carbono, magnésio,cobalto e manganês.

Quando a composição metalúrgica da invenção utiliza umamatriz estrutural 10 a base de níquel, o materialmetálico particulado principal de níquel apresenta,quando da conformação por compactação, um tamanho médiode partícula pref erivelmente situado entre cerca de 10 (ame cerca de 90(j,m, sendo que o elemento endurecedor, comfunção endurecedora da matriz estrutural 10, e o elementode liga particulado, com função de formar a fase líquidae aglomerar o lubrificante sólido particulado 20, durantea sinterização da composição metalúrgica conformada porcompactação (densificação), apresentam um tamanho médiode partícula igual ou menor que cerca de 45(J,m. Quando aconformação da composição é feita por moldagem porinjeção, é preferível que o material metálico particuladoprincipal de níquel e o elemento endurecedor com funçãoendurecedora da matriz estrutural 10 e ainda o elementode liga particulado com função de formar a fase líquidaapresentem um tamanho de partícula preferivelmentesituado entre cerca de l|am e cerca de 45\xm.Considerando a composição metalúrgica com matrizestrutural 10 a base de níquel, o elemento endurecedor,com função endurecedora da matriz de níquel, e o elementode liga particulado, com função de formar a fase líquidae aglomerar o lubrificante sólido particulado 20 empartículas discretas, são definidos por um elementoselecionado dentre silício, fósforo e cromo, em teores decerca de 2% a cerca de 5%, ou de uma mistura de silício,fósforo e cromo, em teores de cerca de 2% a cerca de 8%em peso da composição metalúrgica.

Quando a conformação da composição metalúrgica,previamente à sinterização, é realizada por extrusão oupor moldagem por injeção, a composição deve compreenderainda pelo menos um ligante orgânico selecionadopreferivelmente do grupo consistindo de parafina e outrasceras, EVA, e polímeros de baixo ponto de fusão emproporção variando geralmente de cerca de 15% a cerca de45% do volume total da composição metalúrgica quando daconformação por extrusão e de cerca de 40% a 45% quandoda conformação por moldagem por injeção. O liganteorgânico é extraído da composição após a etapa deconformação, por exemplo por evaporação, antes de oproduto conformado ser conduzido à etapa de sinterização.

As composições metalúrgicas acima descritas, são obtidaspor meio da mistura, em misturadores adequados quaisquer,de quantidades predeterminadas dos materiais particuladosselecionados para a formação da composição e para asubseqüente obtenção de um produto sinterizadoautolubrificante.

A mistura dos diferentes materiais particulados éhomogeneizada e submetida a uma operação de densificaçãopor compactação, ou seja, por prensagem, laminação ouextrusão, ou ainda por moldagem por injeção para quepossa ser conformada em um formato desejado para oproduto a ser obtido por sinterização.

No caso de conformação por moldagem por injeção, amistura dos componentes contendo o ligante orgânico éhomogeneizada em temperaturas não inferiores àquela defusão do ligante orgânico, sendo a mistura, assimhomogeneizada, granulada para facilita seu manuseio,armazenamento e alimentação a uma máquina injetora.Após a conformação da composição a peça conformada ésubmetida a uma etapa de extração do ligante orgânico,geralmente por processo térmico.

A composição metalúrgica homogeneizada e conformada podeser então submetida a uma etapa de sinterização, emtemperaturas de cerca de 1125°C a cerca de 1250°C.

Considerando que ambas as composições metalúrgicas, commatriz estrutural 10 a base de ferro ou a base de níquel,compreendem pelo menos um elemento de liga particulado,com função de formar a fase líquida, durante asinterização é formada a referida fase líquida peloelemento de liga particulado e promovida a aglomeração dolubrificante sólido particulado 20 em partículasdiscretas e dispersas no volume da matriz estrutural 10.

Quando a composição metalúrgica compreender umlubrificante sólido particulado pelo menos parcialmentesolúvel em uma matriz estrutural a base de ferro, comoocorre com a grafita e sua mistura com o nitretohexagonal de boro, a composição metalúrgica,homogeneizada e conformada, compreende ainda pelo menosum componente de liga, já anteriormente definido e capazde, durante a etapa de sinterização da composiçãometalúrgica, estabilizar a fase alfa do ferro da matrizestrutural 10, impedindo a dissolução da porção dolubrificante sólido, definida em grafita, na matrizestrutural de ferro.

Com a composição metalúrgica aqui proposta passa a serpossível obter peças ou produtos sinterizadosautolubrificantes, a partir de materiais particulados quenão exigem tratamento prévio para o lubrificante sólidoparticulado, não metálico, peças ou produtos essesapresentando: no caso do uso de uma matriz estrutural 10em ferro, uma dureza HV > 230, um coeficiente de atrito \i< 0,15, uma resistência mecânica a tração 6t >450 MPa eainda uma dispersão de partículas discretas delubrificante sólido 2 0 com tamanho medido de partículasentre cerca de 10 |j.m e cerca de 60 )j,m para os produtosconformados por compactação e entre cerca de 2\xva e cercade 2 0)j,m para os produtos conformados por moldagem porinjeção; e, no caso de uma matriz estrutural 10 a base deníquel, uma dureza HV >240, um coeficiente de atrito p, <0,20, uma resistência mecânica a tração 6t > 350 MPa eainda uma dispersão de partículas discretas delubrificante sólido 20 com tamanho médio de partículaentre cerca de 10 (J,m e cerca de 60 (4,m para os produtosconformados por compactação e entre cerca de 2 fira e cercade 2 0 um para os produtos conformados por moldagem porinjeção.

As figuras 5, 6A, 6B, 6C e 7 dos desenhos anexos têm porfinalidade exemplificar diferentes possibilidades deconformação da composição metalúrgica em questão, porcompactação de uma certa quantidade predeterminada dacomposição metalúrgica para um formato qualquer desejado,o qual pode ser aquele da peça ou produto finalsinterizado e autolubrificante que se deseja obter ou umformato próximo daquele final desejado.

Entretanto, em um grande número de aplicações, acaracterística autolubrificante é necessária apenas emuma ou mais regiões superficiais de uma peça oucomponente mecânico, a serem submetidas a contatoatritante com outro elemento relativamente móvel.

Assim, o produto autolubrificante desejado pode serconstituído, conforme ilustrado na figura 5, por umsubstrato estrutural 3 0 preferivelmente conformado emmaterial particulado e recebendo, em uma ou em duas facesopostas 31, uma camada superficial 41 da composiçãometalúrgica 4 0 objeto da presente invenção. No exemploilustrado, o substrato estrutural 30 e as duas camadassuperficiais opostas da composição metalúrgica 40 sãocompactadas no interior de um molde M adequado qualquer,por dois punções opostos P, formando um produto composito1, compactado e conformado, que é posteriormentesubmetido a uma etapa de sinterização. Nesse exemplo,apenas as duas faces opostas 31 do substrato estruturalapresentarão as desejáveis propriedadesautolubrificantes.

Nas figuras 6A e 6B são exemplificados produtos na formade uma barra 2 e de um tubo 3, respectivamente, obtidospor extrusão da composição metalúrgica 4 0 em uma matrizde extrusão adequada (não ilustrada). Nesse caso, aconformação por compactação da composição metalúrgica 40é realizada na etapa de extrusão dessa última. A barra 2ou o tubo 3 podem ser então submetidos à etapa desinterização, para a formação da matriz estrutural 10 abase de ferro ou de níquel e incorporando partículasdiscretas e dispersas do lubrificante sólido particulado20, conforme esquematicamente representado nas figuras 3e 4.

A figura 6C ilustra um outro exemplo de produto formadopor uma barra compósita 4, compreendendo um núcleoestrutural 35, em material particulado, circunferencial eexternamente envolvido por uma camada superficial 41formada a partir da composição metalúrgica 40 dainvenção. Também nesse caso, a conformação e acompactação (densificação) do núcleo estrutural 35 e dacamada externa 41 na composição metalúrgica 4 0 sãoobtidas por co-extrusão das duas partes da barracompósita 4, a qual é então submetida à etapa desinterização.

Quando a compactação da composição metalúrgica 2 0 érealizada por extrusão, como ocorre, por exemplo, naformação das barras 2, 3 e 4 das figuras 6A, 6B e 6C, areferida composição pode compreender ainda um liganteorgânico que é termicamente removido da composição, apósa conformação dessa última e antes da etapa desinterização, por qualquer uma das técnicas conhecidaspara a referida remoção.

O ligante orgânico pode ser, por exemplo, qualquer umselecionado do grupo consistindo de parafina e outrasceras, EVA, e polímeros de baixo ponto de fusão.

A figura 7 representa, também esquematicamente, um outrocaminho para se obter um produto sinterizado compósito,apresentando uma ou mais regiões superficiais tendocaracterísticas autolubrificantes. Nesse exemplo, oproduto 5 a ser obtido apresenta um substrato estruturalformado em material particulado, conformadopreviamente em tira, sendo que em pelo menos uma dasfaces opostas do substrato estrutural 30, em tiracontínua, é laminada uma camada superficial 41 dacomposição metalúrgica 4 0 objeto da presente invenção. Oproduto compósito 5 é então submetido a uma etapa desinterização.

Apesar de a invenção ter sido aqui apresentada por meiode alguns exemplos de possíveis composições metalúrgicase associações a diferentes substratos estruturais, deveser entendido que tais composições e associações podemsofrer alterações evidentes àqueles versados na matéria,sem que se fuja do conceito inventivo do controle dadistribuição em partículas discretas do lubrificantesólido na matriz estrutural e ainda de eventual tendênciade dissolução daquele na referida matriz, durante a etapade sinterização, conforme definido nas reivindicações queacompanham o presente relatório.

Claims (33)

1. Composição metalúrgica de materiais particulados, paraformação de produtos compósitos autolubrificantes,conformados e sinterizados, caracterizada pelo fato decompreender um material metálico particulado principal,na forma de um elemento químico preponderante, e pelomenos um elemento endurecedor, formadores de uma matrizestrutural (10) no produto compósito a ser sinterizado;um lubrificante sólido particulado (20) não-metálico; epelo menos um elemento de liga particulado, capaz deformar, durante a sinterização da composição metalúrgicaconformada, uma fase líquida entre o material particuladoformador da matriz estrutural (10) e o lubrificantesólido particulado (20), aglomerando este último empartículas discretas.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de o lubrificante sólidoparticulado (2 0) representar um percentual volumétricomenor ou igual a cerca de 15% do volume do materialcompósito a ser formado.

3. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de omaterial metálico particulado principal ser ferro, sendoo elemento de liga particulado, com função de formar afase líquida para aglomerar o lubrificante sólidoparticulado, durante a sinterização, definido por pelomenos um dos elementos selecionados de níquel, manganês,cobre, silício, fósforo e carbono.

4. Composição, de acordo com a reivindicação 3,caracterizada pelo fato de o material de ligaparticulado, com função endurecedora da matriz de ferro,ser definido por pelo menos um dos elementos selecionadosde cromo, molibdênio, carbono, silício, manganês eníquel.

5. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 ou 4, dita composição sendo conformadapor compactação e caracterizada pelo fato de o materialmetálico particulado principal de ferro apresentar umtamanho médio de partícula situado entre cerca de 10 /xm acerca de 90 /xm, sendo que o elemento endurecedor, comfunção endurecedora da matriz estrutural (10), e oelemento de liga particulado, com função de formar a faselíquida e aglomerar o lubrificante sólido particulado,durante a sinterização da composição metalúrgicaconformada por compactação, apresentarem um tamanho médiode partícula menor do que cerca de 45/xm.

6. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 ou 4, sendo a composição conformada pormoldagem por injeção e caracterizada pelo fato decompreender ainda um ligante orgânico e de o materialmetálico particulado principal de ferro, o elementoendurecedor, o elemento de liga particulado, formador dafase líquida e o lubrificante sólido particuladoapresentarem um tamanho médio de partícula situado entrecerca de lum e cerca de 45p.m.

7. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3, 4, 5 ou 6, caracterizada pelo fato de olubrificante sólido particulado (20) ser nitretohexagonal de boro.

8. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3, 4, 5 ou 6 e utilizando um lubrificantesólido particulado (20) pelo menos parcialmente solúvelna matriz estrutural de ferro, nas temperaturas desinterização da composição metalúrgica, caracterizadapelo fato de compreender ainda pelo menos um componentede liga capaz de estabilizar a fase alfa do ferro,durante a sinterização da composição metalúrgica, eevitar a solubilização do lubrificante sólido particuladono ferro.

9. Composição, de acordo com a reivindicação 8,caracterizada pelo fato de o lubrificante sólidoparticulado ser grafita ou uma mistura de grafita enitreto hexagonal de boro em qualquer proporção, sendoque o componente de liga, estabilizador da fase alfa doferro, é definido por pelo menos um dos elementosselecionados de fósforo, silício, cobalto, cromo emolibdênio.

10. Composição, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de: o elemento de liga com funçãode endurecer a matriz estrutural do compósito; de oelemento de liga particulado, com função de formar a faselíquida e aglomerar o lubrificante sólido; e o componenteserem definidos por um elemento selecionado de silício,em teores de cerca de 2% a cerca de 5% em peso dacomposição metalúrgica, e de uma mistura de silício,manganês e carbono, em teores de cerca de 2% a cerca de-8% em peso da composição metalúrgica.

11. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de omaterial metálico particulado principal preponderante serníquel, sendo o lubrificante sólido particuladoselecionado de grafita, nitreto hexagonal de boro ou deuma mistura de ambos em qualquer proporção e sendo oelemento de liga particulado, com função de formar a faselíquida para aglomerar o lubrificante sólido particulado,durante a sinterização, definido por pelo menos um doselementos selecionados de cromo, fósforo, silício, ferro,carbono, magnésio, cobalto e manganês.

12. Composição, de acordo com a reivindicação 11, sendoconformada por compactação e caracterizada pelo fato deo material metálico particulado principal de níquelapresentar um tamanho médio de partícula situado em cercade 10/zm e cerca de 90/xm, sendo que o elementoendurecedor, com função endurecedora da matriz, e oelemento de liga particulado, com função de formar a faselíquida e aglomerar o lubrificante sólido particulado,durante a sinterização da composição metalúrgicaconformada por compactação, apresentam um tamanho médiode partícula igual ou menor que cerca de 45/im.

13. Composição, de acordo com a reivindicação 11, sendoconformada por moldagem por injeção e caracterizada pelofato de compreender ainda um ligante orgânico e de omaterial metálico particulado principal de níquel, oelemento endurecedor, o elemento de liga particulado,formador da fase líquida e o lubrificante sólidoparticulado apresentarem um tamanho médio de partículasituado entre cerca de l\im e cerca de 45(J,m.

14. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 11, 12 ou 13, caracterizada pelo fato de oelemento endurecedor de liga particulado, com funçãoendurecedora da matriz de níquel e o elemento de ligaparticulado, com função de formar a fase líquida eaglomerar o lubrificante sólido em partículas discretas,serem definidos por um elemento selecionado dentresilício, fósforo e cromo em teores de cerca de 2% a cercade 5% em peso da composição metalúrgica, ou de umamistura de silício, fósforo e cromo, em teores de cercade 2% a cerca de 8% em peso da composição metalúrgica.

15. Composição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 6 ou 13, caracterizado pelo fato de oligante orgânico ser selecionado do grupo consistindo deparafina e outras ceras, EVA, e polímeros de baixo pontode fusão, em proporção variando de cerca de 4 0% a cercade 45% do volume total da composição metalúrgica.

16. Produto sinterizado autolubrificante, obtido a partirde uma composição metalúrgica (40) de materiaisparticulados, conforme definida em qualquer uma dasreivindicações 3 a 10, submetida a uma conformaçãoanterior à sinterização, caracterizado pelo fato deapresentar dureza HV > 230, coeficiente de atrito ix < 0,15 e resistência à tração ax > 450 MPa.

17. Produto sinterizado autolubrificante, obtido a partirde uma composição metalúrgica (40) de materiaisparticulados, conforme definida em qualquer uma dasreivindicações 11 a 14 e submetida a uma conformaçãoanterior à sinterização, caracterizado pelo fato deapresentar dureza HV > 240, coeficiente de atrito \x <-0,20 e resistência a ruptura por flexão ax > 350 Mpa.

18. Produto sinterizado autolubrificante, de acordo comqualquer uma das reivindicações 16 ou 17 e conformado porcompactação, caracterizado pelo fato de compreender umamatriz estrutural (10) na qual são dispersas partículasdiscretas de lubrificante sólido (20) com tamanho médiode partículas entre cerca de 10 ixm e cerca de 60 Mm.

19. Produto sinterizado autolubrificante, de acordo comqualquer uma das reivindicações 16 ou 17 e conformado pormoldagem por injeção, caracterizado pelo fato decompreender uma matriz estrutural (10) na qual sãodispersas partículas discretas de lubrificante sólido(20) com tamanho médio de partículas entre cerca de 2 /xme cerca de 2 0 /xm.

20. Produto sinterizado autolubrificante, de acordo comqualquer uma das reivindicações 16, 17 ou 18,caracterizado pelo fato de definir pelo menos uma camadasuperficial (41) de referida composição metalúrgica (40) ,incorporada a um substrato estrutural (30).

21. Produto sinterizado autolubrificante, de acordo com areivindicação 18, caracterizado pelo fato de o substratoestrutural (30) ser definido em material particulado aser sinterizado em conjunto com a camada superficial (41)da composição metalúrgica (40).

22. Produto sinterizado autolubrificante, de acordo com areivindicação 21, caracterizado pelo fato de o substratoestrutural (3 0) tomar a forma de uma placa ou tira compelo menos uma de suas faces opostas incorporando umacamada superficial (41) da dita composição metalúrgica(40).

23. Produto sinterizado autolubrificante, de acordo com areivindicação 21, caracterizado pelo fato de o substratoestrutural (30) tomar a forma do núcleo estrutural (35)de uma barra compósita (4), incorporando, circunferenciale externamente, uma camada superficial (41) da referidacomposição metalúrgica (40) .

24. Processo de obtenção de produtos sinterizadosautolubrificantes a partir da composição metalúrgica demateriais particulados, definida em qualquer uma dasreivindicações la 5 e 11 e 12, caracterizado pelo fatode compreender as etapas de:- misturar, em quantidades pré-determinadas, os materiaisparticulados definidores da composição metalúrgica;- homogeneizar a mistura dos materiais particulados;- compactar a mistura de materiais particulados, de modoa imprimir à mistura o formato do produto a sersinterizado;sinterizar a mistura compactada e conformada, emtemperaturas de cerca de 1125°C a cerca de 1250°C,formando, durante a sinterização, uma fase líquida com oelemento de liga particulado e assim promovendo aaglomeração do lubrificante sólido em partículasdiscretas e dispersas no volume da matriz estrutural.

25. Processo de obtenção de produtos sinterizadosautolubrificantes a partir da composição metalúrgica demateriais particulados, definida em qualquer uma dasreivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato decompreender as etapas de:- misturar, em quantidades pré-determinadas, os materiaisparticulados definidores da composição metalúrgica;- homogeneizar a mistura dos materiais particulados;- compactar a mistura de materiais particulados, de modoa imprimir à mistura o formato do produto a sersinterizado; esinterizar a mistura compactada e conformada, emtemperaturas de cerca de 1125°C a cerca de 1250°C,formando, durante a sinterização, uma fase líquida com oelemento de liga particulado e assim promovendo aaglomeração do lubrificante sólido em partículasdiscretas e dispersas no volume da matriz estrutural eestabilizando a fase alfa do ferro da matriz estrutural,de modo a impedir a dissolução da porção do lubrificantesólido definida em grafita, na matriz estrutural deferro.

26. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 24 ou 25, caracterizado pelo fato de aetapa de compactar a mistura de materiais particulados,definidora da composição metalúrgica (40), compreender alaminação dessa última em uma chapa ou tira a sersubseqüentemente sinterizada.

27. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 24 ou 25, caracterizado pelo fato de aetapa de compactar a mistura de materiais particulados,definidora da composição metalúrgica (40), compreender aco-laminação dessa última em pelo menos uma das facesopostas de um substrato estrutural (3 0) em forma de chapaou de tira de material particulado compatível com omaterial metálico particulado principal formador damatriz estrutural (10).

28. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 26 ou 27, caracterizado pelo fato decompreender, após a sinterização dos materiaisparticulados, a etapa adicional de laminação a frio dachapa ou tira para redução de porosidade residual,seguida de eventual recozimento.

29. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 24 ou 25, caracterizado pelo fato de aetapa de compactar a mistura de materiais particulados,definidora da composição metalúrgica (40), compreender aextrusão em um dos formatos de barra (2) e de tubo (3).

30. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 24 ou 25, caracterizado pelo fato de aetapa de compactar a mistura de materiais particulados,definidora da composição metalúrgica (40), compreender aco-extrusão dessa última na forma de uma camisa tubular(42) em torno de um núcleo estrutural (35) em forma debarra de material particulado compatível com o materialmetálico particulado principal formador da matrizestrutural (10) , de modo a formar uma barra compósita(4).

31. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 29 e 30, caracterizado pelo fato de acomposição metalúrgica (40) compreender um liganteorgânico a ser termicamente removido do produto, antes daetapa de sinterização.

32. Processo de obtenção de produtos sinterizadosautolubrificantes, a partir da composição metalúrgica demateriais particulados, definida em qualquer uma dasreivindicações 6 ou 13 e contendo um lubrificante sólidonão solúvel na matriz estrutural, caracterizado pelo fatode compreender as etapas de:- misturar, em quantidades pré-determinadas, os materiaisparticulados definidores da composição metalúrgica;- homogeneizar a mistura dos materiais particulados emtemperatura não inferior àquela de fusão do liganteorgânico;granular a composição para facilitar seu manuseio,armazenamento e alimentação em uma máquina injetora;moldar, por injeção, a mistura de materiaisparticulados, de modo a imprimir à mistura o formato doproduto a ser sinterizado;- extrair o ligante orgânico da peça moldada; esinterizar a mistura conformada, em temperaturas decerca de 1125°C a cerca de 1250°C, formando, durante asinterização, uma fase líquida com o elemento de ligaparticulado e assim promovendo a aglomeração dolubrificante sólido em partículas discretas e dispersasno volume da matriz estrutural.

33. Processo de obtenção de produtos sinterizadosautolubrificantes a partir da composição metalúrgica demateriais particulados, definida na reivindicação 8quando dependente da reivindicação 6, caracterizado pelofato de compreender as etapas de:- misturar, em quantidades pré-determinadas, os materiaisparticulados definidores da composição metalúrgica;- homogeneizar a mistura dos materiais particulados emtemperatura não inferior àquela de fusão do liganteorgânico;granular a composição para facilitar seu manuseio,armazenamento e alimentação em uma máquina injetora;moldar, por injeção, a mistura de materiaisparticulados, de modo a imprimir à mistura o formato doproduto a ser sinterizado;- extrair o ligante orgânico da peça moldada; e- sinterizar a mistura conformada, em temperaturas decerca de 1125°C a cerca de 12 50°C, formando, durante asinterização, uma fase liquida com o elemento de ligaparticulado e assim promovendo a aglomeração dolubrificante sólido em partículas discretas e dispersasno volume da matriz estrutural e estabilizando a fasealfa do ferro da matriz estrutural, de modo a impedir adissolução da porção do lubrificante sólido definida emgrafita, na matriz estrutural de ferro.