Programa. Conceitos e Tecnologia. Casos de Aplicação. Francisco Sousa fsousa@teandm.pt Skype: fj.sousa M.:

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Iago Garrau Lancastre
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1 Apresentação

2 Programa Conceitos e Tecnologia Casos de Aplicação Francisco Sousa fsousa@teandm.pt Skype: fj.sousa M.:

3 Ciência das Superfícies Problemas Corrosão Fadiga Propriedades físicas Desgaste Soluções Alteração de materiais de base Revestimento

4 Definição de Revestimento Adição de uma camada (ou várias) de um material a outro, que localmente altera a estrutura química, com intenção de modificar o comportamento e as propriedades da superfície do material base. Baixa Temperatura Média Temperatura Alta Temperatura (<250ºC) (250º-500ºC) (>550ºC) Metais, Polímeros Metais, Cermetos Óxidos, Metais, e Compósitos e Nitretos Cermetos e Nitretos

5 Espessuras Típicas dos Revestimentos 0 10µm 100µm 1000µm PVD APS EAWS CVD HVOF Laser Deposição iónica PTA 1µm =10-3 mm

6 PVD - Physical Vapour Deposition PVD - Processo de deposição em vácuo, onde, um material é transformado em vapor, transportado, e por fim depositado na superfície de um substrato. Este tipo de tecnologia conduz ao aumento de espessura na superfície das peças de alguns micron (em média 2 a 5µm). Os revestimentos por PVD traduzem excelentes resultados em ferramentas de corte e conformado, estampagem e moldes, conferindo alta resistência ao desgaste, advindo rendimentos de alta performance, com aumento de produção e redução de custos. Também a elevada qualidade superficial e a precisão dos componentes processados traduzem vantagens directas na utilização desta tecnologia, quer pela baixa afinidade química entre ferramenta e produto processado, quer no abatimento do coeficiente de atrito dinâmico, facultando melhor deslizamento, diminuindo significativamente a orientação para a micro-soldabilidade, evitando a tendência adesiva que conduz à gripagem.

Os revestimentos por PVD traduzem excelentes resultados em ferramentas de corte e conformado, estampagem e moldes, conferindo alta resistência ao desgaste, advindo rendimentos de alta performance,

7 Características dos Revestimentos PVD Elevados índices de adesão ao substrato Baixas tensões internas residuais Protecção térmica Protecção química Elevada resistência ao desgaste mecânico Elevada dureza superficial sem perda de tenacidade Lubrificação permanente

Protecção química Elevada resistência ao desgaste mecânico

8 PVD - Physical Vapour Deposition Vantagens Aumento de vida útil dos componentes Diminuição de paragens-máquina Diminuição de custos de manutenção Ganhos de produtividade Melhor qualidade (acabamento) do produto Diminuição/eliminação de lubrificação

Diminuição de custos de manutenção Ganhos de produtividade

9 Cuidados a ter com os componentes a revestir por PVD Temperatura de revenido dos aços Microfissuração Acabamento superficial Tampões / insertos Elementos de brasagem

10 Para aplicações industriais 2 tipos de técnicas PVD são utilizadas: Arco Eléctrico - O material a depositar é evaporado usando um arco eléctrico - há formação de gotículas de material. Sputtering - O material é evaporado por bombardeamento iónico - o revestimento é construído átomo a átomo NANOTECNOLOGIA. Arco Eléctrico Sputtering

11 PVD - Tecnologia Sputtering vs Arco Eléctrico Superfície de Revestimento produzido por Sputtering Superfície de Revestimento produzido por Arco Eléctrico

12 PVD - Tecnologia de Arco eléctrico As gotículas que se formam no revestimento, em particular na aresta de corte, vão provocar defeitos.

13 PVD - Tecnologia de Arco eléctrico Estas falhas de continuidade ocorrem quando estas partículas saltam durante o funcionamento da ferramenta, expondo o substrato. X10

14 PVD - Tecnologia Sputtering O tipo de problema descrito anteriormente não é tão comum com a tecnologia de sputtering porque o revestimento é constítuido átomo a átomo, ou pequenos aglomerados de átomos.

15 PVD - Pré e pós-tratamento Com a selecção correcta do pré e/ou pós tratamento, melhora-se O desempenho da ferramenta, adequando a superfície às condições de serviço do componente. Antes Antes Depois Depois Antes Depois

ferramenta, adequando a superfície às condições de

16 PVD - Nanoestruturas/Nanocompósitos Maior controlo sobre a microestrutura dos revestimentos Níveis de adesão do revestimento superiores Menor tensão interna Maior tenacidade Melhores acabamentos superficiais Revestimento Revestimento Substrato Substrato

revestimento superiores Menor tensão interna Maior tenacidade

17 Casos de Aplicação PVD Caso #1 Solução: TiN (Nitreto de Titânio) Componente: Buchas Texturizadas de Molde de Injecção de Plástico Serviço: Injecção de ABS com 30% de carga de fibra de vidro Desempenho: Sem revestimento: peças Com revestimento: > peças

Serviço: Injecção de ABS com 30% de carga de fibra de vidro

18 Casos de Aplicação PVD Caso #2 Solução: TiAlN (Nitreto de Titânio-Alumínio) Componente: Vazadores em HSS Serviço: Furação de aço de alto módulo elástico; 25 furos/minuto Desempenho: Sem revestimento: <1.000 furos Com revestimento: >7.500 furos

Furação de aço de alto módulo elástico; 25 furos/minuto

19 Casos de Aplicação PVD Caso #3 Solução: TiAlN (Nitreto de Titânio-Alumínio) + DLC (Diamond Like Carbon) Componente: Conjunto Matriz/Punção de Corte Serviço: Corte de anilha em aço AISI 304 Desempenho: Sem revestimento (matriz): peças Sem revestimento (punção): peças Com revestimento (matriz): peças Com revestimento (punção): peças

anilha em aço AISI 304 Desempenho: Sem revestimento (matriz): 5.

20 Thermal Spraying Processo em que a energia térmica é usada para criar um chuveiro de materiais finamente divididos para serem depositados fundidos, semi-fundidos ou plasticizados sobre um substrato de forma a criarem uma nova superfície. Vantagens Interacção mínima com o substrato Flexibilidade de materiais - Compósitos, Óxidos, Metais Baixo custo relativamente a metalização em vácuo Espessuras médias entre 0.1 e >2mm Deposição de partículas com micro controlo de propriedades

Vantagens Interacção mínima com o substrato Flexibilidade de materiais - Compósitos, Óxidos, Metais Baixo custo

21 Thermal Spraying Tecnologia APS (Atmospheric Plasma Spraying) Técnica utilizada principalmente na projecção de materiais de alto ponto de fusão, nomeadamente os cerâmicos. Velocidades típicas de partícula: 200 m/s. Velocidades típicas dos gases: m/s. Cátodo Ânodo Arco Depósito Jacto de plasma Injecção de pó Trajecto das partículas

22 Thermal Spraying Tecnologia HVOF (High Velocity Oxi-Fuel) Técnica que permite as mais elevadas tensões de adesão com a mínima porosidade. Utilizado principalmente na projecção de carbonetos. Velocidades típicas de partícula: 300 m/s. Velocidades típicas dos gases: m/s. Oxigénio Revestimento Pó Combustível (C 3 H 6 ou H 2 ) Água de arrefecimento

23 Thermal Spraying Tecnologia EAWS (Electric Arc Wire Spraying) Técnica utilizada para a projecção de materiais de natureza metálica, cuja matéria-prima está na forma de arame condutor eléctrico. Para além da projecção de aços e metais puros, possibilita igualmente a aplicação de compósitos metálicos. Velocidades típicas de partícula: 100 m/s.

24 Thermal Spraying Comparação de Tecnologias Revestimentos Forma da Matéria-prima Caudal típico de matéria-prima (Kg/h) Velocidade das partículas (m/s) Temperatura da fonte energética (ºC) Tensões de adesão (MPa) Porosidade (%) Espessura dos revestimentos (µm) Projecção Plasma Atmosférico Projecção por Chama Hipersónica Projecção de Arame por Arco Eléctrico APS HVOF EAWS Cerâmicos Cermetos Metálicos Cermetos Metálicos Cermetos Metálicos Pó Pó Arame 2,5 a 3,5 2,5 a 3 10 a a (propano) a 50 > a 40 5 a 10 0,5 a a a a 300

25 Casos de Aplicação Thermal Spraying Caso #1 Solução: Compósito + Selador Fenólico Componente: Corpos de Válvulas de Seccionamento e Controlo da IndústriadaEnergia Serviço: Alimentação da Turbina a Gás Natural Corrosão e Condensação (entupimento dos queimadores) Metano a 200ºC; P serviço 30 Bar Desempenho: Sem revestimento: paragens frequentes (<3 meses) Com revestimento Compósito: >4 anos (ainda em serviço)

26 Casos de Aplicação Thermal Spraying Caso #2 Solução: Compósito + Liga Fluoxada Componente: Rolos de Tracção da Indústria da Pasta de Papel Serviço: Alimentação da Cortadeira da Máquina de Secagem Compressão e Tracção de Pasta de Papel Abrasão e Atrito Desempenho: Com revestimento metálico NiCr: <4 meses Com revestimento Liga Fluoxada: >2 anos

27 Casos de Aplicação Thermal Spraying Caso #3 Solução: Cermeto Carbonetos em matriz metálica Componente: Pistões de Bombas Homogeneizadoras da Indústria do Leite Serviço: Processo UHT Corrosão (Fase Ácida; Fase Alcalina) P serviço 250 Bar; T serviço 144ºC Desempenho: Com revestimento electrolítico (Cromagem Dura): 180 horas Com revestimento Cermeto: >3.000 horas

28 Discussão O próximo revestimento pode ser desenvolvido especificamente para a sua indústria Grato pela vossa atenção! Francisco Sousa fsousa@teandm.pt Skype: fj.sousa M.:

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