Machining Precious Metals

Metal precioso pode ser particularmente difícil de usinar devido à sua ampla gama de propriedades de material e alto custo se uma peça tiver que ser sucateada. O artigo seguinte irá introduzir estes elementos e suas ligas, bem como fornecer um guia sobre como usiná-los eficaz e eficientemente.

Sobre os Elementos

Ás vezes chamados de metais “nobres”, os metais preciosos consistem em oito elementos que se encontram no meio da tabela periódica (visto abaixo na Figura 1). Os oito metais são:

1. Ruténio (Ru)
2. Ródio (Rh)
3. Paládio (Pd)
4. Prata (Ag)
5. Ómio (Os)
6. Iridium (Ir)
7. Platina (Pt)
8. Ouro (Au)

Estes elementos são alguns dos materiais mais raros na terra, e pode, portanto, ser enormemente caro. Ouro e prata podem ser encontrados em forma de pepitas puras, tornando-os mais facilmente disponíveis. No entanto, os outros seis elementos são normalmente encontrados misturados no minério bruto dos quatro metais que se encontram abaixo na tabela periódica: Ferro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni), e Cobre (Cu). Estes elementos são um subconjunto de metais preciosos e são geralmente chamados de Platinum Group Metals (PGM). Como eles são encontrados juntos no minério bruto, isso dificulta a mineração e a extração, aumentando drasticamente o seu custo. Devido ao seu preço elevado, usinar estes materiais pela primeira vez é incrivelmente importante para a eficiência de uma loja.

Figure 1: Tabela periódica com os 8 metais preciosos encaixotados em azul. Fonte da imagem: clearscience.tumblr.com

Propriedades básicas e composições de metais preciosos

Os metais preciosos têm propriedades notáveis no material por serem caracteristicamente macios, dúcteis e resistentes à oxidação. São chamados de metais “nobres” devido à sua resistência à maioria dos tipos de ataque químico e ambiental. A Tabela 1 lista algumas propriedades materiais reveladoras de metais preciosos na sua forma elementar. Para fins de comparação, eles estão lado a lado com 6061 Al e 4140 Steel. Geralmente, apenas o ouro e a prata são utilizados na sua forma mais pura, pois os metais do grupo da platina são ligas que consistem principalmente em platina (com uma composição menor de Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Os metais preciosos são notáveis por serem extremamente densos e terem um alto ponto de fusão, o que os torna adequados para uma variedade de aplicações.

Quadro 1: Propriedades dos materiais trabalhados a frio dos Metais Preciosos, 4140 Aço e 6061 Alumínio

Aplicações Comuns de Maquinação de Metais Preciosos

Prata e ouro têm condutividade térmica e resistividade eléctrica particularmente favoráveis. Estes valores estão listados na Tabela 2, juntamente com o CC1000 (cobre recozido) e o alumínio recozido 6061, para fins de comparação. O cobre é geralmente utilizado em cabos eléctricos devido à sua relativamente baixa resistividade eléctrica, ainda que a prata seja um substituto melhor. A razão óbvia de não ser esta a convenção geral é o custo da prata em relação ao cobre. Dito isto, o cobre é geralmente banhado com ouro nas áreas de contacto eléctrico porque tende a oxidar após um uso prolongado, o que diminui a sua resistividade. Como foi dito anteriormente, o ouro e outros metais preciosos são conhecidos por serem resistentes à oxidação. Esta resistência à corrosão é a principal razão de serem utilizados em sistemas de proteção catódica da indústria eletrônica.

Tabela 2: Condutividade térmica e resistividade elétrica de Ag, Au, Cu e Al

Platina e suas respectivas ligas oferecem a maior quantidade de aplicações, uma vez que podem alcançar uma série de diferentes propriedades mecânicas, mantendo os benefícios de um metal precioso (alto ponto de fusão, ductilidade e resistência à oxidação). A tabela 3 lista a platina e uma série de outros platinóides com propriedades mecânicas próprias cada um. A variação destas propriedades depende do(s) elemento(s) de liga a ser(em) adicionado(s) à platina, da percentagem de metal de liga, e se o material foi ou não trabalhado a frio ou recozido. A liga pode aumentar significativamente a resistência à tração e a dureza de um material, diminuindo ao mesmo tempo sua ductilidade. A relação entre este aumento da resistência à tração/dureza e a diminuição da ductilidade depende do metal adicionado, bem como de quanto é adicionado, como se vê na Tabela 3. Geralmente isto depende do tamanho da partícula do elemento adicionado, bem como da sua estrutura cristalina natural. O Ruténio e o Ósmio têm uma estrutura cristalina específica que tem um efeito de endurecimento significativo quando adicionados à platina. As ligas de Pt-Os em particular são extremamente duras e praticamente impraticáveis, o que não rende muitas aplicações no mundo real. No entanto, a adição dos outros 4 PGM à platina permite uma gama de propriedades mecânicas com várias utilizações.

Tabela 3: Propriedades do material PGM (Nota: a dureza e a resistência à tracção são valores trabalhados a frio)

Platina e suas ligas são biocompatíveis, dando-lhes a capacidade de serem colocados no corpo humano por longos períodos de tempo sem causar reacções adversas ou envenenamento. Portanto, os dispositivos médicos incluindo fixações de parafusos cardíacos, stents e bandas marcadoras para dispositivos de angioplastia são feitos de platina e suas ligas. Ouro e paládio também são comumente usados em aplicações odontológicas.

As ligas Pt-Ir são visivelmente mais duras e fortes do que qualquer outra liga e fazem excelentes cabeças para velas de ignição na indústria automobilística. O ródio é por vezes adicionado às ligas Pt-Ir para tornar o material menos elástico (uma vez que são usadas como fio de mola médico), ao mesmo tempo que aumenta a sua trabalhabilidade. Os pares de fios Pt e Pt-Rh são extremamente eficazes na medição de temperaturas e por isso são usados em termopares.

Machining Precious Metals

Os dois parâmetros que têm mais efeito na usinagem são a dureza e o alongamento percentual. A dureza é bem conhecida pelos maquinistas e engenheiros de toda a indústria de fabricação, pois indica a resistência de um material à deformação ou ao corte. O alongamento percentual é uma medida usada para quantificar a ductilidade do material. Indica ao projetista o grau de deformação plasmática (permanente) de uma estrutura antes da fratura. Por exemplo, um plástico dúctil como o polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) tem um alongamento percentual de 350-525%, enquanto um material mais frágil como o ferro fundido temperado e revenido (grau 120-90-02) tem um alongamento percentual de cerca de 2%. Portanto, quanto maior a porcentagem de alongamento, maior a “goma” do material. Os materiais gomosos são propensos a arestas de construção e têm tendência a produzir cavacos de fio longo.

Ferramentas para metais preciosos

A ductilidade do material torna uma ferramenta de corte afiada essencial para o corte de metais preciosos. A Hélice variável para ferramentas de liga de alumínio pode ser usada para os materiais mais macios como ouro puro, prata e platina.

Materiais de dureza mais elevada ainda requerem uma aresta de corte afiada. Portanto, a melhor opção é investir em uma ferramenta de diamante PCD. A pastilha de PCD tem a capacidade de cortar materiais extremamente duros enquanto mantém uma aresta de corte afiada por um período de tempo relativamente longo, em comparação com o HSS padrão e arestas de corte de metal duro.

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