Processamento e caracterizações de nanocompósitos de matriz alumínio 1350 e grafeno obtidos por fusão sob indução eletromagnética em atmosfera inerte

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dc.contributor.advisorSilva, Sidney Nicodemos da
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7979338384555091
dc.contributor.authorPandolfi, Aldo Mendes
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3775102178327410
dc.contributor.refereeSilva, Sidney Nicodemos da
dc.contributor.refereeCalado, Claudinei Rezende
dc.contributor.refereeVieira, Almir Gonçalves
dc.contributor.refereeDafe, Sara Silva Ferreira
dc.date.accessioned2026-06-12T20:52:18Z
dc.date.available2026-06-12T20:52:18Z
dc.date.issued2025-08-22
dc.description.abstractA crise do aquecimento climático global tornou urgente a necessidade de redução de emissão de gases de efeito estufa (GEEs) e busca pela maior eficiência energética, mitigando desperdícios e impactos ambientais. Consequentemente, as indústrias automotiva e aeroespacial passaram a adotar diretrizes continuadas por redução de peso, melhoria da eficiência de uso dos combustíveis e redução das emissões de GEE. Concomitantemente, neste cenário, com vistas também a aceleração da substituição dos veículos à combustão por veículos elétricos, tornou-se necessário o desenvolvimento de materiais mais leves, com condutividades elétricas e térmicas melhoradas, buscando o aumento de autonomia desses veículos ou aeronaves. Ao redor do mundo, os nanocompósitos de matriz metálica de alumínio (Al) e o grafeno tornaram-se materiais relevantes quando combinados características como preço/disponibilidade e demais propriedades físicas, tais como resistência mecânica e/ou durabilidade. Neste trabalho buscou-se aprimorar o processo metalúrgico para obtenção de nanocompósitos alumínio-grafeno pela fusão em lingoteira por meio de forno de indução eletromagnética sob atmosfera inerte (argônio), evitando-se possível pirolise do grafeno ou oxidação do alumínio. O aquecimento e a fusão do alumínio sob atmosfera protetora em forno indutivo promovem a agitação do banho fundido devido a geração de correntes parasitas (de Foucault) além da convecção natural e agitação mecânica, favorecendo a dispersão do grafeno que foi adicionado sob o banho fundido de Al. Os nanocompósitos obtidos consistiram de uma matriz de liga de alumínio 1350 EC (UNS A91350) com percentual em massa de grafeno adicionado nas seguintes proporções: 0,5%, 1%, 1,5% e 2%. As caracterizações morfológica e microestruturais dos nanocompósitos obtidos foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura acoplado com análise de espectroscopia por energia dispersiva (MEV/EDS), também utilizados para a determinação da uniformidade da distribuição ou dispersão de carbono. Análise de Difração de Raios X (DRX) foi adotada para a caracterização da estrutura cristalina. A caracterização de propriedades mecânicas foram inferidas através de ensaio da microdureza Vickers (HV). A caracterização de propriedades térmico-elétricas foi realizada por medições de resistividade elétrica, pelo método de Ponte Kelvin, e de difusividade térmica, pelo método Quadrupolo Térmico e posterior cálculo das condutividades elétricas (indice IACS) e térmicas. Objetiva-se obter um compósito cujo nanoreforço de grafeno esteja homogeneamente distribuído na matriz de aluminio, minimizando aglomeração de grafeno que levam anisotropia de propriedades e reduzem os ganhos buscados das propriedades mecânicas e de condutividades em relação a liga de alumínio-base.
dc.description.abstractotherThe global climate crisis has made it urgent to reduce greenhouse gas (GHG) emissions and strive for greater energy efficiency, mitigating waste and environmental impacts. Consequently, the automotive and aerospace industries have begun to adopt ongoing policies for weight reduction, improved fuel efficiency, and reduced GHG emissions. Concomitantly, in this scenario, with a view to accelerating the replacement of combustion-engine vehicles with electric vehicles, it has become necessary to develop lighter materials with improved electrical and thermal conductivity, seeking to increase the range of these vehicles and aircraft. Around the world, aluminum (Al) metal matrix nanocomposites and graphene have become relevant materials when combining characteristics such as price/availability with other physical properties, such as mechanical strength and/or durability. This work aimed to improve the metallurgical process for obtaining aluminum-graphene nanocomposites by melting in an ingot mold using an electromagnetic induction furnace under an inert atmosphere (argon), avoiding possible graphene pyrolysis or aluminum oxidation. Heating and melting of aluminum under a protective atmosphere in an induction furnace promotes agitation of the molten bath due to the generation of eddy currents (Foucault) in addition to natural convection and mechanical agitation, favoring the dispersion of graphene that was added under the molten Al bath. The obtained nanocomposites consisted of a 1350 EC aluminum alloy (UNS A91350) matrix with graphene added in the following mass proportions: 0.5%, 1%, 1.5%, and 2%. The morphological and microstructural characterizations of the obtained nanocomposites were performed by scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive spectroscopy (SEM/EDS), also used to determine the uniformity of carbon distribution or dispersion. X-ray diffraction (XRD) analysis was adopted to characterize the crystalline structure. The mechanical properties were inferred through the Vickers microhardness (HV) test. The thermal-electrical properties were characterized by measuring electrical resistivity using the Kelvin Bridge method and thermal diffusivity using the Thermal Quadrupole method, followed by calculation of electrical (IACS) and thermal conductivities. The objective is to obtain a composite whose graphene nanoreinforcement is homogeneously distributed in the aluminum matrix, minimizing graphene agglomeration that leads to property anisotropy and reduces the desired gains in mechanical properties and conductivity compared to the base aluminum alloy.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2737
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais
dc.subjectGrafeno
dc.subjectAlumínio
dc.subjectNanocompósitos (Materiais)
dc.subjectCondutividade elétrica
dc.subjectCondutividade térmica
dc.subjectMicrodureza
dc.subjectFundição
dc.subjectIndução Eletromagnética
dc.titleProcessamento e caracterizações de nanocompósitos de matriz alumínio 1350 e grafeno obtidos por fusão sob indução eletromagnética em atmosfera inerte
dc.typeDissertação

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