A brasagem por difusão, tal como a brasagem, requer a intervenção duma fase liquida no processamento das ligações [11]. Surge como alternativa à ligação por difusão no estado sólido, quando não são aplicáveis elevadas pressões, temperaturas e tempos de estágio [11]. Em teoria, as ligações resultantes apresentam elevada homogeneidade, e propriedades muito próximas ou superiores às dos materiais de base. Esta técnica também permite ligar materiais semelhantes ou dissimilares [11].
Tal como na brasagem, é também inserido um material de adição entre os materiais que se pretende unir. Como camada intermédia utilizam-se folhas ou sistemas de folhas (de ligas ou metais puros), e/ou revestimentos de composição química especifica [11]. O conjunto é aquecido em vazio, e é também aplicada a “pressão de contacto”, de forma a promover um contacto intimo entre os materiais envolvidos e as reações que decorrem no processo. O aumento da temperatura induz interdifusão no sistema, e a fase liquida poderá surgir em virtude da [11]:
Temperatura de fusão da camada intermédia excedida;
Interdifusão na camada intermédia (pode originar uma liga com ponto de fusão inferior à temperatura de brasagem);
Interdifusão entre materiais de base e camada intermédia (pode originar uma liga com ponto de fusão inferior à temperatura de brasagem).
21 Após a formação do líquido, considera-se que o processo de brasagem por difusão tem 3 etapas: dissolução (figura 5 b)), solidificação (figura 5 c)) e homogeneização (figura 5 d)) [11,31]. A difusão está essencialmente controlada pela temperatura, tempo de estágio, solubilidade mútua dos materiais envolvidos, assim como da quantidade de elementos disponíveis para difundir [11].
Figura 4 - Representação esquemática das etapas inerentes ao processo de brasagem por difusão [11]
Em condições ideais, à temperatura de brasagem, ocorre solidificação isotérmica, e na fase final do estágio, ocorre homogeneização da interface. No entanto, em termos práticos, as ligações resultantes são habitualmente heterogéneas, exibindo várias camadas de morfologia e composição química distinta [11]. A homogeneização da interface, poderá assim passar a depender dum tratamento térmico subsequente, cuja viabilidade económica deve ser estudada [11].
De seguida serão analisados alguns estudos referentes ao processamento de ligações por brasagem por difusão envolvendo a liga Ti6Al4V. Na tabela 8 encontram-se indicados os sistemas de materiais testados e o tipo de aquecimento utilizado. Na tabela 9 apresentam-se as variáveis de processamento impostas, assim como a resistência ao corte das respetivas ligações, à temperatura ambiente.
Tabela 8 - Sistemas de materiais utilizados no processamento de ligações por brasagem por difusão, envolvendo a liga Ti6Al4V.
Referência Materiais de base Material de adição Forno
[32] Ti6Al4V/Al2024 Sn-Ag-Cu-Ni Resistências
[33] Ti6Al4V/Al7075 Cu Indução
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Tabela 9 - Variáveis de processamento (temperatura (T), pressão (p), tempo de estágio (t)) e resistência ao corte (R) das ligações processadas por brasagem por difusão.
Referência Variáveis do processamento T (°C) P (MPa) t (min) R (MPa)
[32] 510 1 60 53
[33] 500 0,2 30-60 16-19
[34] 500 - 30-60 28-39
Samavatian N. et al [32] processaram ligações entre a liga Ti6Al4V e uma liga de Al da série 2000 (Al2024). As ligações foram efetuadas a 510 °C (com estágios de 20, 40 e 60 minutos), recorrendo a uma camada intermédia Sn-Ag-Cu-Ni (80 µm), aplicando uma pressão de 1 MPa e um nível de vazio de 10-4 mbar. Nas ligações obtidas após 20 e 40 minutos de estágio, a
zona de ligação exibiu várias camadas reação, das quais se destaca uma zona essencialmente constituída por Sn, que resultou da difusão incompleta da liga de brasagem. O tempo de estágio foi insuficiente para induzir interação suficiente entre todos os materiais, sendo que na região rica em Sn também foram encontrados poros e microfissuras. O tempo de estágio foi aumentado para 60 minutos, e variou-se a espessura da camada intermédia para 40, 80, 120 µm: o material de adição difundiu completamente, o que instigou a ocorrência de solidificação isotérmica; a espessura global da camada de reação reduziu consideravelmente, no entanto, esta aumentou quando se usaram camadas intermédias mais espessas (7-9, 12, 20 µm, respetivamente). A resistência ao corte mais elevada foi exibida pelas ligações processadas com a camada intermédia de 80 µm (53 MPa). A falha ocorreu junto à liga Ti6Al4V, e na superfície de fratura foram identificados o TiAl e o TiAl3, intermetálicos considerados frágeis, e aqui, responsáveis pela rutura.
Os constituintes Al2Cu, Al2CuMg, Ag3Sn e Cu3Sn foram observados junto à liga de Al; são
precipitados de endurecimento e beneficiam a resistência mecânica destas ligações. Concluiu-se que uma seleção criteriosa do tempo de estágio e da espessura do material de adição, são cruciais para que sejam processadas ligações com resistência mecânica mais elevada.
AlHazaa A. et al [33] processaram ligações entre a liga Ti6Al4V e uma liga de Al da série 7000 (Al7075), recorrendo a uma camada intermédia de Cu (22 µm). Os ensaios foram efetuados a 500 °C, com tempos de estágio compreendidos entre 5 e 60 minutos, e uma pressão aplicada de 0,2 MPa, A difusão total da camada intermédia aconteceu para tempos de estágio superiores a 30 minutos. Na interface entre a liga de Al e a camada Cu, a ligação ocorreu pelo surgimento dum eutéctico, formado devido à interdifusão entre estes materiais; nesta zona foram identificados
23 θ(Al2Cu), T(Al2Mg3Zn3) e Al13Fe. Na interface Ti6Al4V/Cu a ligação deu-se por difusão no estado
sólido, onde se formou Ti2Cu3. O valor máximo de resistência ao corte destas ligações (19 MPa) foi
obtido para estágios superiores 30 minutos, e a fratura ocorreu junto à liga Ti6Al4V, designadamente, através do constituinte Ti2Cu3.
Kenevisi M. et al [34] também processaram ligações entre a liga Ti6Al4V e a liga de alumínio Al7075, a 500°C, entre 15 e 60 minutos. Utilizaram como camadas intermédias, um revestimento de Cu obtido por eletrodeposição (para evitar oxidação das superfícies) e a liga Sn- 4Ag-3,5Bi. O material de adição difundiu completamente para estágios superiores a 30 minutos. O aumento do tempo de estágio promoveu a total homogeneização da interface, que consistiu numa fina camada de reação, onde foram identificados vários intermetálicos: AlCu2, Mg2Sn,
Cu3Ti2,AgMg3, TiAl, Ti3Al, Ag2Al, Cu3Ti, Sn3Ti5. O crescimento e homogeneização desta camada de
reação, contribuiu para o aumento da resistência ao corte destas ligações; o máximo (39 MPa), foi apresentado pela interface obtida após 60 minutos de estágio.
Dos estudos analisados neste capítulo, é possível concluir que, as interfaces resultantes do processamento de ligações por brasagem por difusão envolvendo a liga Ti6Al4V, são também compostas por várias camadas de reação. O aumento do tempo de estágio promoveu a total dissolução dos materiais de adição utilizados, e também o crescimento das camadas de reação intermetálicas. A resistência ao corte máxima observada no conjunto de casos estudado, está compreendida entre 19 e 53 MPa, valores observados nos estudos realizados por AlHazaa A. et al [33] e Samavatian N. et al [32]. Refira-se que, embora nesta pesquisa só tenham sido reportados casos onde se ligou Ti6Al4V a materiais dissimilares, a resistência ao corte destas ligações é bastante inferior à resistência apresentada pelas ligações processadas pelas técnicas analisadas anteriormente (brasagem e ligação por difusão no estado sólido).