ASPERSÃO TÉRMICA

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ASPERSÃO TÉRMICA Edkarlla Sousa e Roseana Florentino 2014 Universidade Federal de Pernambuco Departamento de Engenharia Mecânica Doutorado em Engenharia Mecânica

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ASPERSÃO TÉRMICA

Edkarlla Sousa e Roseana Florentino2014

Universidade Federal de PernambucoDepartamento de Engenharia Mecânica

Doutorado em Engenharia Mecânica

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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

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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

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TÉCNICA DE ASPERSÃO TÉRMICA OU METALIZAÇÃO

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

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ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA

CONVENIONAL (Flame Sray)Processo a chama oxiacetilênica

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

ASPERSÃO TÉRMICA A CHAMA

UTILIZANDO PÓ

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- 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

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- 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

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- 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

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- 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

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ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA –

SPRAY

Materiais ou compostos metálicos com ponto de

fusão elevados.

Gases

ArgônioNitrogênio

Hélio

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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.

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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

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• 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

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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

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

óssea de implantes.

Rose

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ASPERSÃO TÉRMICA POR PLASMA

EM ATMOSFERA CONTROLADA

Rose

Confinar materiais perigosos

Aumento da resistência adesiva

Restringir a formação de óxidos

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• 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

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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

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• 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

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Macro-estrutura

Porosidade

Micro-trincas

Aderência

Microestrutura

Formação de óxidos

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS

REVESTIMENTOS

Rose

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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.

Rose

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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.

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3) MICRO-TRINCAS

Avaliadas em revestimentos cerâmicosPerpendiculares às lamelas

Capacidade de deformação Resistência à fadiga

Rose

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4) ADERÊNCIA

RESISTÊNCIA MECÂNICA

Acoramento mecânico

Aderência químico-

metalúrgica e físicaAderência

Rose

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5) MICRO-ESTRUTURA

Rose

Trajeto das partículas até o substrato

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6) FORMAÇÃO DE ÓXIDOS

Rose

Atmosfera e partículas fundidas ou superaquecidas

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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.

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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.

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TIPOS DE FALHAS ADESIVASDe acordo com a região de ruptura.

Adesiva Coesiva No adesivo

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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.

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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.

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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.

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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.

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4) RESISTÊNCIA A CORROSÃO

- Ensaios em câmara de névoa salina;

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

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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

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MATERIAIS UTILIZADOS PARA A

ASPERSÃO TÉRMICA

Boretos

Carbonetos

Compósitos

Cerâmicos

Alumínio

Estanho

Zinco

Cobre

Níquel

Latão

Chumbo

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VANTAGENS DA TÉCNICA DE

ASPERSÃO TÉRMICA

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

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LIMITAÇÕES DA TÉCNICA

Rose

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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

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Norma PETROBRAS N-2568

Page 42: ASPERSÃO TÉRMICA

OBRIGADA!