ASPERSÃO TÉRMICA

Edkarlla Sousa e Roseana Florentino2014

Universidade Federal de PernambucoDepartamento de Engenharia Mecânica

Doutorado em Engenharia Mecânica

Aspersão Térmica

Energia Elétrica

Plasma

Arco Transferid

o

Arco Não Transferid

o

Vácuo Atmosfera Controlada

Arco Elétrico

Combustão

HVOF Chama

Flame Spray

(Arame)

Thermo Spray (Pó)

CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS

DE ASPERSÃO TÉRMICA

PREPARO DA SUPERFÍCIE

Limpeza

• Água, Óxidos, Graxas, pó, gases dissolvidos

Texturização

• Rugosidade

Camada de Ligação

• Materiais duros e muito moles

Pré-Aquecimen

to

Prevenir a condensação do vapor de água

Mecânica

Química

Ultrasônica

TÉCNICA DE ASPERSÃO TÉRMICA OU METALIZAÇÃO

Aplicação de um revestimento, metálico ou não-metálico usando-se uma pistola de aspersão ou metalização.

ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA

CONVENIONAL (Flame Sray)Processo a chama oxiacetilênica

- Menor resistência adesiva e coesiva;- Maior porosidade;- Pó de alimentação (metal puro, liga, compósitos, cerâmica, carboneto).

ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA

UTILIZANDO PÓ

- Sistema de alimentação que pode ser através de roletes que são tracionados por motor elétrico, motor pneumático ou por uma turbina de ar;

- O material é alimentado até a tocha; - O arame (material cerâmico) é alimentado de forma contínua e concêntrica, é fundido no bocal por uma chama e gás combustível;

ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA

UTILIZANDO ARAME

- Combustível gasoso ou liquido (propileno, hidrogênio, propano ou querosene) é misturado com oxigênio;- A queima acontece à alta pressão em uma câmara de combustão gerando um jato de exaustão de alta velocidade. E após a combustão gases são liberados e se expandem através do bocal para fora da pistola a velocidades supersônicas.

ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA DE

ALTA VELOCIDADE - HVOF

- Energia proveniente da explosão de uma mistura de oxigênio – acetileno para aquecer e dar a propulsão necessária para o material(em pó) para encontrar a superfície do substrato;- Após a ignição da mistura de gases, através de uma centelha elétrica de alta pressão e temperatura. Aquece e expulsa as partículas de pó pelo cano da tocha para a superfície do substrato resultando em um depósito extremamente duro, denso bem aderente;

Emprega a combustão de mistura de gases, porém de forma explosiva.

ASPERSÃO TÉRMICA POR

DETONAÇÃO

- O processo de aspersão com gás frio CGSM (Cold-Gas Spraying Method) usa a energia cinética para propelir as partículas ao substrato;

- O gás (nitrogênio ou hélio) é comprimido a 3.5 MPa e aquecido a 600°C armazenando energia até passar por uma câmara convergente–divergente e após a fluxo do gás passar pela câmara ocorre a expansão do gás, chegando a velocidades supersônicas;

- O pó utiliza parte do gás pressurizado para chegar até a câmara na qual as partículas são moderadamente aquecidas e aceleradas, e no impacto com o substrato se deformam e se ligam a ele formando um revestimento denso.

TÉCNICA DE ASPERSÃO COLD

SPRAY

ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA –

SPRAY

Materiais ou compostos metálicos com ponto de

fusão elevados.

Gases

ArgônioNitrogênio

Hélio

Aplicação de revestimento de Óxido de Alumínio por Plasma. O revestimento foi aplicado no interior de um ciclone de aço carbono para evitar o desgaste por corrosão em processamento de baterias.

ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA

DE ARCO TRANSFERIDO• Aquecimento + Fusão superficial do substrato• Corrente entre eletrodo (pistola) e substrato (condutor)

• Diluição de 10% do revestimento•Alta densidade•Alta taxa de deposição •5% da energia do APS•Assentos de válvulas, equipamentos agrícolas e de mineração.Rose

• Material para revestimento (pó) utiliza calor do arco plasma para provocar fusão.

• Arco elétrico entre eletrodo de tungstênio e ânodo de cobre.

ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA

DE ARCO NÃO TRANSFERIDO

Rose

ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA

NO VÁCUO

Rose

• Controle de atmosfera: 100mbar

• Similar à tecnica de plasma não-transferido

• Revestimentos resistentes a corrosão a quente e revestimentos puros para a indústria eletrônica

Revestimento livre de oxidação

Revestimento com titânio e hidroxiapatita• A textura da superfície perfeita para a integração

óssea de implantes.

Rose

ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA

EM ATMOSFERA CONTROLADA

Rose

Confinar materiais perigosos

Aumento da resistência adesiva

Restringir a formação de óxidos

• O plasma é gerado por acoplamento eletromagnético e não há contato entre eletrodos metálicos.

• Aplicado quando se deseja fundir partículas de tamanho grandes, de 100 – 150 µm, uma vez que, nesse tipo de aspersão o jato de plasma possui baixa velocidade de 10 a 50 m/s

ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA

DE INDUÇÃO

Rose

O arco elétrico é obtido no bico da pistola que recebe dois arames (condutores elétricos) do material de deposição. Cria-se entre os dois uma diferença de potencial, abrindo o arco

elétrico que funde ambos os arames.

ASPERSÃO TÉRMICA POR ARCO

ELÉTRICO

Rose

Ou gases inertes

40000Ca 60000CReação quimica ou difusão

Resistência a adesão e coesão

• Não há fonte externa de calor• Intersecção de arames alimentados com cargas opostas• Aquecimento do substrato é menor durante aplicação do

revestimento

ASPERSÃO TÉRMICA POR ARCO

ELÉTRICO

Gás de atomização

Arame positivo

Arame positivo

Zona de atomização

Rose

Macro-estrutura

Porosidade

Micro-trincas

Aderência

Microestrutura

Formação de óxidos

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS

REVESTIMENTOS

Rose

1) MACRO-ESTRUTURA

VazioÓxido

Partícula não fundidaSubstrato

Poros

Partículas

• As partículas aspergidas podem estar total ou parcialmente líquidas.

• No impacto, as partículas sólidas rebatem ou são aprisionadas, formando ligações fracas com o revestimento.

Rose

2) POROSIDADE

Poros grosseiros Poros extremante finos

Rose

Cavidades isoladas

Poros interconectados

Condutividade elétrica e térmica, coesão de camadas e aderência

Incompleto contato entre lamelas durante a formação da camada de revestimento

• Falta de fusão das partículas no momento do impacto

• Falta de energia cinéticaInterferência: temperatura da chama ou arco elétrico, gás de transporte,velocidade das partículas, distância pistola/substrato e qualidade do substrato a ser revestido.

3) MICRO-TRINCAS

Avaliadas em revestimentos cerâmicosPerpendiculares às lamelas

Capacidade de deformação Resistência à fadiga

Rose

4) ADERÊNCIA

RESISTÊNCIA MECÂNICA

Acoramento mecânico

Aderência químico-

metalúrgica e físicaAderência

Rose

5) MICRO-ESTRUTURA

Rose

Trajeto das partículas até o substrato

6) FORMAÇÃO DE ÓXIDOS

Rose

Atmosfera e partículas fundidas ou superaquecidas

1) ESPESSURA - Espessura mínima e a espessura máxima;

- Relação eletroquímica entre o revestimento e substrato; - Espessura total é obtida pelo número de demãos; - Medição da espessura; Revestimentos não-magnéticos Aparelhos de indução magnética Análise metalográfica com corte transversal

TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO

DOS REVESTIMENTOS

Revestimento de Carboneto de Tungstênio por HVOF. Aumento 100X.

2) TESTES PARA MEDIÇÃO DE ADERÊNCIA Força necessária para separar o revestimento do substrato.

A – TESTE DE TRAÇÃO

- Aplicação de uma força trativa crescente e perpendicular ao plano da interface revestimento substrato;

- Utilização de adesivo apropriado;

Dispositivo para ensaio de tração de acordo com a norma ASTM-C633.

TIPOS DE FALHAS ADESIVASDe acordo com a região de ruptura.

Adesiva Coesiva No adesivo

B – TESTE DE DOBRAMENTO

Fornecer um comparativo da ductibilidade da camada de revestimento e a aderência.

- Avaliação do aspecto visual do corpo de prova;

- Dobrando-se cinco corpos de prova 180° em um mandril de 13 mm de raio, com o revestimento na parte tensionada;

- Corpos de prova(75 x 50 x 1,25 mm);

- Espessura de revestimento variando de 175 - 250 μm.

Aspecto visual da superfície dos revestimentos submetidos ao ensaio de dobramento, norma PETROBRAS N-2568.

Equipamento de ensaio de dobramento.

2) MEDIÇÃO DA POROSIDADEAnálise metalográfica de corpos de prova em microscópio ótico;

- Quantificar a área da camada examinada, porcentagem de poros, área média de poros e número de poros;

1: Formada entre lamelas.

2: Formada pela turbulência do fluxo de gás.

3: Formada pela dissolução do gás no metal.

4: Desintegração de partículas sólidas após impacto.

5: Condensação de partículas com resíduos de pó parcialmente evaporadas.

6: Contração de solidificação.

7: Resulta em micro

trincas.

3) MEDIÇÃO DA DUREZAPenetração de um penetrador padrão na superfície com uma carga conhecida. - É medida por meio da marca deixada na superfície;- Relacionar o valor da dureza com propriedades (desgaste, fadiga e

corrosão);

A – MICRODUREZA- Preparo da superfície como se fosse para a metalografia;- Utiliza o penetrador Vickers ou Knoop em seção longitudinal do

revestimento, mas também pode ser realizado na seção transversal;- O indentador tem a forma de uma pirâmide, confeccionado de

diamante e as dimensões variam de acordo com a carga aplicada;- Camada do revestimento deve ser no mínimo 10 vezes mais espessa que a profundidade de indentação.

B – MACRODUREZA

É um modo conveniente de aferir a repetitibilidade de um revestimento característico.

- Não deve ser usado para avaliar o desempenho deste revestimento e nem para comparar entre diferentes revestimentos;

- A espessura do revestimento deve ser considerada;

- Os valores obtidos nos ensaios de macrodureza não são uma identificação verdadeira da qualidade do revestimento para um dado material.

4) RESISTÊNCIA A CORROSÃO

- Ensaios em câmara de névoa salina;

- Ensaios eletroquímicos (Curva de polarização, Potencial de Circuito aberto, ensaios de Impedância Eletroquímica).

FINALIDADES DE USO

Eixo de Motor Elétrico – Desgaste por fricção

Proteção contra a corrosão

Recuperação de peças gastas

Aplicação de revestimentos

duros

Proteção contra a erosão

MATERIAIS UTILIZADOS PARA A

ASPERSÃO TÉRMICA

Boretos

Carbonetos

Compósitos

Cerâmicos

Alumínio

Estanho

Zinco

Cobre

Níquel

Latão

Chumbo

VANTAGENS DA TÉCNICA DE

ASPERSÃO TÉRMICA

• Grande flexibilidade do processo;• Tecnologia limpa;• Revestimentos com baixa porosidade;• Camadas de revestimentos homogêneas;• Dureza superior.

LIMITAÇÕES DA TÉCNICA

Rose

PROCEDIMENTOS DE SEGURANÇA

Rose

Poeiras

Fumos e vapores de gases

Níveis altos de ruídos

Altas velocidades de partículas

Exposição a alta energia elétrica e altas temperaturas e

radiação

Perigos

Norma PETROBRAS N-2568

OBRIGADA!