ASPERSÃO TÉRMICA
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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
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ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA
NO VÁCUO
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• 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.
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ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA
EM ATMOSFERA CONTROLADA
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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
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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
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Macro-estrutura
Porosidade
Micro-trincas
Aderência
Microestrutura
Formação de óxidos
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS
REVESTIMENTOS
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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.
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2) POROSIDADE
Poros grosseiros Poros extremante finos
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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
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4) ADERÊNCIA
RESISTÊNCIA MECÂNICA
Acoramento mecânico
Aderência químico-
metalúrgica e físicaAderência
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5) MICRO-ESTRUTURA
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Trajeto das partículas até o substrato
6) FORMAÇÃO DE ÓXIDOS
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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!