O carboneto de tungstênio e cobalto (WC-Co) é amplamente valorizado por sua dureza extremamente alta, mas essa mesma resistência também dificulta sua modelagem e fabricação. Os métodos de produção atuais consomem grandes quantidades de materiais caros, mas produzem rendimentos relativamente baixos. Como resultado, os pesquisadores têm procurado uma maneira mais eficiente e econômica de produzir esses materiais incrivelmente resistentes.
O metal duro WC-Co é fundamental 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 metal duro sólido. Embora este método produza um produto final muito durável, utiliza grandes quantidades de matérias-primas caras e tem baixos rendimentos.
Para resolver este problema, os pesquisadores exploraram uma abordagem diferente usando a manufatura aditiva (AM, também conhecida como impressão 3D). Seu trabalho também utilizou uma técnica chamada irradiação laser de fio quente. Juntos, esses métodos visam criar metal duro que mantenha a resistência e a durabilidade, ao mesmo tempo que reduz o desperdício de material e os custos de produção.
As descobertas foram publicadas em Jornal Internacional de Metais Refratários e Materiais Duros e está programado para aparecer na edição impressa da revista de abril de 2026.
Métodos de fabricação aditiva baseados em laser
O estudo examinou a fabricação aditiva usando irradiação laser de fio quente e testou duas estratégias de fabricação diferentes. A irradiação a laser com fio quente (também conhecida como soldagem a laser com fio quente) 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 uma abordagem experimental, uma haste de metal duro orienta a direção de fabricação e o laser brilha diretamente no topo da haste. No segundo método, o laser orienta todo o processo e direciona a energia entre a base da haste de metal duro e o material de base (ferro). Em ambas as técnicas, o material é amolecido durante o processo de fabricação, em vez de completamente derretido para formar uma estrutura de carboneto.
“O metal duro é um material extremamente duro usado para cortar arestas de ferramentas e aplicações semelhantes, mas são feitos de matérias-primas muito caras, como tungstênio e cobalto, por isso há uma forte necessidade de reduzir o uso de material. Ao usar a fabricação aditiva, o metal duro pode ser depositado apenas onde é necessário, reduzindo assim o consumo de material”, disse o autor correspondente Keita Marumoto, professor assistente da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima.
Obtenha dureza industrial sem defeitos
Experimentos mostraram que esta estratégia de fabricação aditiva pode manter a dureza e a resistência mecânica normalmente alcançadas através de métodos de fabricação tradicionais. O material resultante tem uma dureza superior a 1400 HV (unidade que representa a resistência à penetração), evitando defeitos ou danos materiais.
Materiais com esse nível de dureza estão entre os materiais mais resistentes usados em aplicações industriais, ficando logo abaixo dos materiais superduros, como safira e diamante. A produção de moldes de metal duro sem defeitos parece ser possível através deste método, que é o objetivo principal desta pesquisa. No entanto, os resultados variam dependendo do método de fabricação utilizado.
Por exemplo, a tecnologia guiada por haste faz com que o WC se quebre perto do topo da construção, criando defeitos no material acabado. Os métodos conduzidos por laser também lutam para manter a dureza necessária para ter sucesso.
Os pesquisadores resolveram esses problemas introduzindo uma camada intermediária de liga de níquel. Combinado com um controle cuidadoso das condições de temperatura (acima do ponto de fusão do cobalto e abaixo da temperatura em que os grãos crescem), esse ajuste permite o uso da manufatura aditiva para produzir metal duro, mantendo a dureza do material.
Melhorias e aplicações futuras
Os resultados fornecem um ponto de partida promissor para futuros desenvolvimentos. O trabalho futuro se concentrará na redução de rachaduras durante a fabricação e na capacidade de criar formas mais complexas.
“O método de formar um material metálico amolecendo-o em vez de derretê-lo completamente é novo e tem potencial para ser aplicado não apenas ao metal duro, foco deste estudo, mas também a outros materiais”, disse Marumoto.
No futuro, os pesquisadores pretendem construir ferramentas de corte, investigar o uso de outros materiais e continuar investigando formas de melhorar a durabilidade das peças feitas com esta tecnologia.
Esta pesquisa foi conduzida por Keita Marumoto e Motomichi Yamamoto, da Escola de Pós-Graduação em Ciência Avançada e Engenharia da Universidade de Hiroshima.
