O carboneto de tungstênio-cobalto (WC-Co) é amplamente valorizado por sua extrema dureza, mas essa mesma resistência torna muito difícil moldá-lo e fabricá-lo. Os métodos de produção atuais consomem grandes quantidades de material caro, proporcionando rendimentos relativamente modestos. Como resultado, os investigadores estão à procura de formas mais eficientes e económicas de produzir estes materiais excepcionalmente duros.
Os carbonetos cimentados WC-Co são necessários para aplicações que exigem forte resistência ao desgaste e alta dureza, incluindo ferramentas de corte e construção. Tradicionalmente, esses materiais são produzidos através da metalurgia do pó. Neste processo, os pós de WC e Co são comprimidos sob alta pressão e aquecidos em uma máquina de sinterização para formar carbonetos cimentados sólidos. Embora este método produza um produto final muito durável, utiliza quantidades significativas de matérias-primas caras e produz rendimentos ineficientes.
Para resolver este problema, os investigadores procuraram uma abordagem diferente utilizando a produção aditiva (AM, também conhecida como impressão 3D). Seu trabalho também inclui uma técnica chamada irradiação laser de fio quente. Juntos, esses métodos visam produzir carbonetos cimentados que mantêm sua resistência e durabilidade, ao mesmo tempo que reduzem o desperdício de material e os custos de produção.
Os resultados são publicados Jornal Internacional de Metais e Sólidos Refratários e está programado para aparecer na edição impressa de abril de 2026 da revista.
Método de fabricação aditiva baseado em laser
O estudo examinou a fabricação aditiva usando irradiação laser de fio quente e testou duas técnicas de fabricação diferentes. A irradiação laser de fio quente (também chamada de soldagem de fio quente a laser) combina um feixe de laser com um fio de enchimento aquecido. Este emparelhamento aumenta a taxa de deposição (quanto metal de adição é adicionado) e melhora a eficiência geral da fabricação.
Em um dos métodos experimentais, o metal duro leva à formação de haste quando um laser irradia diretamente o topo da haste. No segundo método, o laser controla o processo e conduz energia entre a parte inferior da haste de metal duro e o material de base (ferro). Em ambas as técnicas, o material é amolecido durante a fabricação, em vez de completamente derretido para formar uma estrutura de metal duro.
“Os carbonetos cimentados são materiais extremamente duros usados para cortar arestas de ferramentas e aplicações similares, mas são feitos de matérias-primas muito caras, como tungstênio e cobalto, o que torna o uso do material altamente desejável. Usando a fabricação aditiva, o metal duro pode ser depositado apenas onde for necessário, minimizando assim a redução da mercúrio”, disse o autor. Professor assistente da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima o professor
Alcançando um rigor industrial sem defeitos
Testes mostraram que esta técnica de fabricação aditiva pode preservar a rigidez e a resistência mecânica normalmente alcançadas através de métodos de fabricação convencionais. O material resultante atinge um nível de dureza acima de 1400 HV (unidade que representa a resistência à penetração) para evitar defeitos ou quebra do material.
Materiais com esse nível de dureza estão entre os mais duros utilizados em aplicações industriais e estão logo abaixo dos materiais superduros, como safira e diamante. A fabricação de moldes de metal duro sem defeitos parece ser viável com este método, que foi o objetivo principal do estudo. No entanto, os resultados variam dependendo do método de fabricação utilizado.
Por exemplo, a técnica dominada por hastes faz com que o WC se decomponha próximo ao topo da construção, criando defeitos no material acabado. O método guiado por laser também teve dificuldade em manter a rigidez necessária para o sucesso.
Os pesquisadores resolveram esses problemas introduzindo uma camada intermediária à base de liga de níquel. Combinada com um controle cuidadoso das condições de temperatura (acima do ponto de fusão do cobalto, abaixo da temperatura de crescimento do grão), esta combinação permite a produção de carbonetos cimentados utilizando manufatura aditiva, preservando a dureza do material.
Melhorias e aplicações 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 possibilidade de formas mais complexas.
“O método de fabricar materiais metálicos amolecendo-os em vez de fundi-los completamente é novo e tem potencial para ser aplicado não apenas aos carbonetos cimentados, que foram o foco desta pesquisa, mas também a outros materiais”, disse Marumoto.
Olhando para o futuro, os pesquisadores pretendem desenvolver ferramentas de corte, investigar o uso de outros materiais e continuar estudando formas de melhorar a durabilidade das peças feitas com essa técnica.
A pesquisa atual foi conduzida por Keita Marumoto e Motomichi Yamamoto, da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima.
