artigo pronto final

UNIVERSIDADE SALVADOR - UNIFACS

ENGENHARIA MECÂNICA

GABRIEL GUSTAVO OLIVEIRA VIDAL

TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO

PROCEDIMENTOS ENVOLVIDOS E BENEFÍCIOS DA

ASPERSÃO TÉRMICA COMO PROCESSO PARA

REVESTIMENTO DE SUPERFÍCIE

Salvador

2012

GABRIEL GUSTAVO OLIVEIRA VIDAL

TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO




Artigo apresentado à disciplina de Trabalho Final de Graduação da

Universidade Salvador – UNIFACS do curso de Engenharia

Mecânica, como requisito parcial para conclusão da disciplina.

Orientadora: Mirella Nagib de Oliveira Boery.

Salvador

2012




Gabriel Gustavo Oliveira Vidal ([email protected])

Trabalho Final de Graduação – Mirella Nagib de Oliveira Boery

Resumo

O processo de Aspersão Térmica está baseado na necessidade de se aumentar a vida útil de

sistemas e peças. Este aumento de vida útil se dá através do tratamento dado em sua

superfície, o que possibilita melhor resistência à corrosão, abrasão, entre outros desgastes do

dia-a-dia. Aqui será desenvolvida uma revisão bibliográfica de todo o processo, desde a

preparação de superfície, que é de extrema importância para o procedimento ser confiável até

o processo de aspersão do extrato na superfície. Dividido em partes, este trabalho inicia-se

buscando dar entendimento ao processo de aspersão, mostrando, assim, os detalhes, os

principais processos e posteriormente sua importância no mercado industrial.

Palavras-chave: Aspersão Térmica. Resistência. Superfície.

Abstract

The Thermal Spray process is based on necessity to increase the life of parts and systems.

This increase in the life is through a surface treatment, which improves resistance to

corrosion, abrasion, among others wears. Here will be developed a literature review of all

process, from the preparation of the surface, which is extremely important for the procedure

becomes reliable until the process of spraying in the surface. Divided into parts, this work

begins trying to give understanding to the process of spraying, showing the details, the main

processes and subsequently its importance in the industrial market.

Keywords: Thermal Spraying. Resistance. Surface.

1. Introdução

Quando falamos em revestimentos para superfícies metálicas, logo imaginamos

finalidades como proteção contra corrosão ou metais de sacrifício, mas o avanço de pesquisas

no desenvolvimento de novos materiais trouxe novidades nessa área e atualmente é possível

realizar o revestimento com objetos de recuperação de superfícies, aumento da resistência ao

desgaste, isolamento térmico e elétrico, compatibilidade química, entre outros.

O desenvolvimento da tecnologia de Aspersão Térmica baseia-se na necessidade de se

aumentar a vida útil de sistemas e peças, em face ao elevado custo de componentes de

reposição aliado às vantagens de se recuperar peças, eliminando assim a substituição delas.

Com isto, deseja-se elevar o desempenho dos sistemas mecânicos em uso, cada vez mais

solicitados. Dentre seus parâmetros de trabalho mais importantes estão a pressão e a

temperatura. De acordo com a Companhia Brasileira de Petróleo, a concentração de enxofre

encontrada no petróleo brasileiro é extremamente elevada, fazendo que, com isso se tenha um

incremento na responsabilidade dos equipamentos para o seu processamento, devido a sua

capacidade de degradação. Em face desta informação, a utilização de revestimento estabelece

um conjunto de fatores que deve se completar entre si, como a necessidade tecnológica de que

sistemas e peças sejam projetados para operar de forma confiável e satisfatória, não

esquecendo a viabilidade econômica tanto na sua fabricação quanto na manutenção.

Os processos de aspersão térmica são especializados e tem larga utilização tanto na

fabricação quanto na manutenção. A natureza dos processos é sinergética, isto é, o número de

componentes e variáveis envolvidos é grande e, quando adequadamente escolhidos em

conjunto e devidamente aplicados, produzem um efeito muito maior do que quando

considerados individualmente. Cada componente ou variável deve ser bem entendido, para

permitir sua escolha e operação adequada, em cada processo em particular. Segundo

MARQUES (2003) as variações básicas nos processos de aspersão térmica referem-se ao

material a ser aplicado, ao método de aquecimento e ao método de aceleração das partículas

em direção ao substrato, conforme Figura 1. Os materiais podem ser fornecidos na forma de

vareta, arame, cordão (tubo de plástico contínuo) e pó, metais, óxidos, compostos

intermetálicos, cermets, plásticos orgânicos e alguns vidros podem ser depositados por uma

ou mais variações de processos.

Figura 1 Princípios da Aspersão Térmica. (Fonte: Castolin Eutectic).

Dentre as diversas tendências a que se propõe a ciência contemporânea, a busca por

meios mais eficientes para prevenir e remediar problemas de corrosão ou metais de sacrifício,

apresentam forte apelo acadêmico e tecnológico. A utilização da tecnologia de Aspersão

Térmica representa uma ferramenta de grande valia para aumentar a vida útil de sistemas e

peças.

Com isso, pretende-se neste trabalho esclarecer o processo de aspersão, mostrando

todo o método desde a preparação de superfície até a execução do procedimento, e assim

fundamentar a ideia de que a tecnologia é uma excelente forma de proteger superfícies

metálicas.

2. Desenvolvimento

2.1. Conceito

De acordo com SUCHARSKI et al (2011), a aspersão térmica consiste de um grupo de

processos nos quais partículas finamente divididas de materiais para revestimentos, metálicos

ou não metálicos, são depositadas sobre um substrato devidamente preparado, na condição

fundida ou semi-fundida, para formar uma camada superficial.

As partículas aquecidas são aceleradas por um gás comprimido, confinadas num feixe,

e dirigidas ao substrato. Ao se chocarem, as partículas se achatam e formam finas lentes, que

se conformam e aderem às irregularidades superficiais e entre si. (SUCHARSKI et al, 2011)

A depender do tipo de fonte de calor utilizada, o processo de Aspersão Térmica pode

ser divido em dois grupos, como é possível se verificar na Figura 2.

Figura 2 Fluxograma com as subdivisões do processo de Aspersão. (Fonte: PAREDES, 2009)

O sucesso no uso de revestimentos aspergidos termicamente depende basicamente de

sua aplicação cuidadosa, seguindo procedimentos bem estabelecidos, sendo que, em geral,

qualquer desvio leva a resultados não confiáveis. A preparação das superfícies constitui uma

etapa muito importante para a certificação de que o substrato (material base) irá ter a força de

adesão necessária para o procedimento de Aspersão (MENEZES, 2007). Com isso é possível

afirmar que todos os revestimentos termicamente aspergidos devem reunir uma série de

características básicas para a realização do procedimento, dentre elas:

O substrato;

Adesão do revestimento;

Estrutura do revestimento;

Os substratos sobre os quais os revestimentos termicamente aspergidos podem ser

aplicados incluem metais, óxidos, cerâmicos, vidros, polímeros e madeira, sendo que algumas

técnicas especiais podem ser necessárias para a sua aplicação (MARIANO, 2008). Cada

material para Aspersão deve obedecer a critérios em referência a um dado substrato, ou seja,

nem todo revestimento serve para todo substrato. Sendo assim, é necessário efetuar uma

preparação adequada nos substratos antes da aspersão propriamente dita, independentemente

do processo a ser utilizado. Essa preparação é essencialmente a mesma para cada processo, a

qual consiste em duas etapas básicas: limpeza da superfície para eliminar contaminantes e

obtenção de rugosidades para aumentar a área superficial efetiva, melhorando, assim, a

adesão.

Em suma, é possível classificar os revestimentos de acordo com processos de

aplicação em três grandes grupos:

Aqueles que envolvem fusão do metal e do material de aporte;

Aqueles que envolvem somente a fusão do material de aporte;

Aqueles que envolvem um processo de difusão.

Como foi dito anteriormente, é fundamental que sejam analisadas as mudanças

superficiais causadas por um ambiente ou por uma condição de trabalho, a fim de determinar

a seleção do material para o revestimento e seu processo de aplicação. Também é importante

garantir uma elevada aderência, baixa porosidade, facilidade de deposição e custo adequado

comparado às outras técnicas de proteção de materiais.

Ao se falar em elevada aderência, trata-se da força com a qual o revestimento estará

aderido ao substrato, dependendo diretamente da rugosidade de trabalho. A facilidade de

deposição irá depender também das interações químicas envolvidas, bem como uma afinidade

entre o material base e o revestimento (BENTO, 2000).

A estrutura e a química do depósito aspergido em ar são diferentes do material no

estado original. Estas diferenças são devidas à natureza progressiva do revestimento, à reação

com gases durante o processo e à atmosfera em contato com o material enquanto líquido. Por

exemplo, quando o ar ou o oxigênio são usados, óxidos podem ser formados incorporando-se

ao revestimento que, no caso dos metálicos, tendem a ser porosos e frágeis, com uma dureza

diferente do material original. A estrutura de revestimentos na condição dos aspergidos é

similar quanto à natureza lamelar, mas pode exibir diferentes características em função do

processo, dos parâmetros, da técnica e do material utilizado. A densidade do depósito varia

com a temperatura da fonte de calor empregada e com a velocidade das partículas no impacto

(PAREDES, 2009). A Figura 3 apresenta esquematicamente a seção transversal de uma

superfície aspergida termicamente.

Figura 3 Seção transversal de uma superfície aspergida termicamente (Fonte: MARQUES, 2003).

2.2. Aplicação final

A aplicação final determina as propriedades necessárias para o revestimento e o tipo

de consumível e equipamentos necessários. Revestimentos termicamente aspergidos tem sido

usados intensivamente na fabricação de componentes nas indústrias automotivas, de petróleo,

elétrica, eletrônica, geração de energia, e particularmente na aeroespacial (PAREDES, 2009).

Em manutenção, milhões de dólares tem sido economizados com o uso da aspersão térmica.

Este procedimento tem sido utilizado em oficinas, no campo e no revestimento de estruturas e

partes de equipamentos, economizando, assim, tempo e recursos.

2.3. Preparação da Superfície

2.3.1. Generalidades

Segundo Mariano (2008), a preparação da superfície é a etapa mais crítica da operação

de aspersão térmica, visto que a qualidade da adesão do revestimento está diretamente

relacionada com a limpeza e a rugosidade da superfície do substrato. A obediência rigorosa a

procedimentos padronizados de preparação da superfície é necessária para garantir o sucesso

na aplicação de revestimentos por aspersão térmica. Ressalta-se que, o tipo de material do

revestimento e do substrato são os principais fatores na determinação do processo e qualidade

da preparação necessária da superfície para se obter adesão suficiente a determinada

aplicação. Em partes sujeitas a fortes tensões mecânicas, é necessária uma inspeção prévia à

operação de revestimento para que se detectem falhas no metal base. Esta inspeção feita

normalmente através de ensaios não destrutivos. Falhas estruturais no metal base induzirão às

falhas similares no revestimento.

A Figura 4 apresenta um fluxograma com a sequência dos procedimentos envolvidos

na preparação de superfície, destacando os ensaios não destrutivos que se caracterizam por

inspecionar as condições de uso e operação da peça sem danificá-la, garantindo, assim, a

integridade da estrutura. Os outros procedimentos envolvidos são direcionados para que o

substrato seja bem fixado.

Figura 4 Fluxograma de preparação de Superfície. (Fonte: autoria própria)

2.3.2. Texturização

De acordo com Marques (2003), após a limpeza, vários métodos são usados para

produzir uma superfície mais adequada para a aderência do revestimento, tendo como

principais o jateamento abrasivo, o "macro enrugamento" (macroroughening) e a aplicação de

um revestimento de ligação. As combinações destes métodos também são empregadas,

incluindo jateamento abrasivo com subsequente aplicação de um revestimento de ligação e

usinagem seguida de jateamento abrasivo. A obtenção de uma rugosidade adequada é tão

importante quanto a limpeza. Durante a aspersão, as partículas fundidas ou semi-fundidas

formam "bolachas" quando se chocam com a superfície do substrato (MARQUES, 2003), e, a

medida que se resfriam e se contraem, precisam aderir a uma superfície que favoreça o

ancoramento mecânico.

Após efetuar a limpeza do substrato, é necessário prepará-la para apresentar uma

rugosidade apropriada a fim de proporcionar uma adesão que garanta a qualidade do

revestimento. A introdução da rugosidade correta fará com que esta não interfira na

rugosidade final do revestimento aspergido.

Rugosidade são irregularidades, isto é, pequenas saliências e reentrâncias que

caracterizam uma superfície. Estas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos

eletrônicos, a exemplo do rugosímetro. A rugosidade desempenha um papel importante no

comportamento dos componentes mecânicos, influenciando na:

Qualidade de deslizamento;

Resistência ao desgaste;

Possibilidade de ajuste do acoplamento forçado;

Resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes;

Qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras;

Resistência à corrosão e à fadiga;

Vedação.

A grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar suas

causas que, entre três outras, são: imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta;

vibrações no sistema peça-ferramenta; desgaste das ferramentas; o próprio método de

conformação da peça.

Nos casos em que o resultado é a superfície rugosa, ela é utilizada para aumentar a

aderência e a coesão entre as partículas do revestimento por geração de tensões superficiais de

contração, intertravamento de camadas, aumento da área de interação e descontaminação da

superfície. O grau de enrugamento necessário para produzir um revestimento resistente e

adequado depende do material aplicado, do processo e das condições de serviço da peça final.

2.3.3. Composição da superfície

A Figura 5 representa um perfil efetivo de uma superfície, a qual servirá de exemplo

para salientar os elementos que compõem a textura superficial, decompondo o perfil.

Tomando-se uma pequena porção da superfície, observam-se certos elementos que a

compõem e foram definidos abaixo, conforme Arantes (2003):

Figura 5 Telecurso 2000: Processo de Fabricação - Aula 18

Rugosidade ou textura primária

A rugosidade, ou erro micro geométrico, é o conjunto das irregularidades causadas

também pelo processo de produção, que são as impressões deixadas pela ferramenta (fresa,

pastilha, rolo laminador, etc.) ou até mesmo em processos não convencionais como

eletroerosão.

Ondulação ou textura secundária

É o conjunto das irregularidades causadas por vibrações ou deflexões do sistema de

produção ou do tratamento térmico.

Orientação das irregularidades

É a direção geral dos componentes da textura, e são classificados como:

Orientação ou perfil periódico - quando os sulcos têm direções definidas;

Orientação ou perfil aperiódico - quando os sulcos não têm direções definidas;

2.3.4. Medição da Rugosidade

A medição de rugosidade pode ser feita por varias técnicas utilizando equipamentos

destinados a este fim. A norma da ABNT NBR 6405 (1988) estabelece parâmetros de

rugosidade e ensaios para medição utilizando um sistema de apalpamento através de

dispositivos eletromecânicos, tendo como referência uma linha média chamada sistema “M”.

As diversas grandezas envolvidas na medição de rugosidade são mostradas através de

critérios de avaliação com o auxilio de tabelas:

linha média é definida como uma linha paralela à superfície, dentro do percurso

de medição lm, de modo que a soma das áreas superiores seja exatamente igual à das áreas

inferiores;

o percurso inicial lv é a extensão da primeira parte do trecho apalpado, projetado

sobre a linha média, não utilizado na avaliação. Este trecho tem por finalidade permitir o

amortecimento das oscilações elétricas e mecânicas iniciais do sistema de medição e a

centragem do perfil de rugosidade;

o percurso de medição lm é a extensão do trecho útil do perfil de rugosidade,

projetado sobre a linha média, usado diretamente na avaliação;

o comprimento de amostragem le é tomado como sendo um quinto do percurso de

medição e deve conter todos os elementos representativos da rugosidade e eliminar aqueles

inerentes ao perfil, daí ser de grande importância a sua escolha;

o percurso final ln é a extensão da última parte do trecho apalpado, projetado

sobre a linha média, não utilizada na avaliação. Este trecho tem por finalidade permitir o

amortecimento das oscilações elétricas e mecânicas finais do sistema de medição;

o percurso de apalpamento lt é a soma dos percursos inicial, de medição e final;

a rugosidade média Ra é a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas

de afastamento dos pontos do perfil de rugosidade, em relação à linha média, dentro do

percurso de medição;

a rugosidade média Rz é a média aritmética dos 5 valores de rugosidade parcial Zi,

definida como a soma dos valores absolutos das ordenadas dos pontos de maior afastamento

acima e abaixo da linha média dentro de um comprimento de amostragem;

A tabela 1 abaixo expõe o processo de medição de rugosidade, identificando o

comprimento de amostra e o percurso de medição.

Tabela 1: Medição de Rugosidade

Fonte: MARQUES, Paulo; Apostila do Infosolda, 2003.

2.3.5. Critérios para avaliar Rugosidade

Um estudo eficaz para avaliar a rugosidade dentro de parâmetros aceitáveis é a

utilização do comprimento de amostragem (Cut Off), segundo a norma NBR 6405/1988.

Toma-se o perfil efetivo de uma superfície num comprimento lm, comprimento total

de avaliação. Chama-se o comprimento le de comprimento de amostragem. O comprimento de

amostragem nos aparelhos eletrônicos, chamado de Cut Off (le), não deve ser confundido com

a distância total (l t ) percorrida pelo apalpador sobre a superfície. É recomendado pela norma

ISO que os rugosímetro devam medir 5 comprimentos de amostragem e devem indicar o valor

médio, a Figura 2.5 ilustra os comprimentos de avaliação de rugosidade.


A distância percorrida pelo apalpador deverá ser igual a 5 le mais a distância para

atingir a velocidade de medição lv e para a parada do apalpador lm. Com isso é possível

verificar que quando a ondulação é coberta pelo comprimento estipulado, a rugosidade é

maior neste perímetro (Figura 6 e Figura 7).


2.3.6. Parâmetros de Rugosidade

Rugosidade média (Ra)

É a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas de afastamento (yi), dos

pontos do perfil de rugosidade em relação à linha média, dentro do percurso de medição (lm).

Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo, cuja área é igual à soma absoluta

das áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade e pela linha média, tendo por comprimento o

percurso de medição (lm), conforme pode ser visto na Figura 8.


Este parâmetro é conhecido como: Ra (roughness average) significa rugosidade

média; CLA (center line average) significa centro da linha média, e é adotado pela norma

inglesa. A medida é expressa em micro polegadas (in = microinch).

A norma NBR 8404/1984 de indicação do Estado de Superfícies em Desenhos

Técnicos esclarece que a característica principal (o valor) da rugosidade Ra pode ser indicada

pelos números da classe de rugosidade correspondente, conforme tabela 2.

Tabela 2 Classes de Rugosidade

Fonte: Telecurso 2000: Estudo de Superfície – Aula 30

Rugosidade total

Representa a mais profunda de um comprimento de onda vertical (do pico ao vale), a

Figura 9 mostra os pontos mais distantes e a profundidade relativa ao perfil da superfície de

uma peça.

Figura 9 Rugosidade Total (Fonte: Rebrac Instrumentos de Medição – Rugosidade)

2.4. Características dos revestimentos

Como em outros processos em engenharia, o desenvolvimento da Aspersão Térmica

provavelmente atingiu o estágio limite e qualquer melhoria na qualidade do revestimento será

gradual e dependerá de um entendimento dos fundamentos do processo que ocorrem durante a

formação do revestimento, sua influencia na microestrutura e o modo pelo qual ela controla as

propriedades.

A qualidade dos revestimentos em Aspersão Térmica depende de um grande numero

de variáveis como: material, distribuição do tamanho das partículas serem aspergidas,

velocidade de solidificação velocidade do fluxo, pressão, tipo de gás e características do

substrato (PAREDES, 2009).

Visando melhorar a qualidade, existe um esforço entre os pesquisadores no sentido de

desenvolver modelos por computador que aperfeiçoar os parâmetros do processo. Um

elemento essencial para criação destes modelos consiste em conhecer os fenômenos

envolvidos no impacto, deformação e solidificação das partículas aspergidas.

2.4.1. Macroestrutura

Os revestimentos aspergidos possuem características peculiares em termos de

estrutura, são compostos por depósitos de sucessivas camadas de gotículas liquidas que se

achatam e solidificam, resultando em uma estrutura conhecida como lentículas ou lamelar.

Quando ocorre o impacto destas partículas aceleradas sobre o substrato, estas se achatam em

forma de pequenas lentes e ao incidirem sobre o substrato, logo se resfriam a uma velocidade

extremamente alta e se ancoram mecanicamente sobre as irregularidades da superfície

(PAREDES, 2009).

O critério básico para qualquer processo de aspersão térmica, é que as partículas

devem se fundir completamente no jato, sem excessiva vaporização, permanecendo fundidas

até atingir o substrato. No impacto do substrato com o próprio revestimento, as partículas

podem estar parcialmente ou completamente liquidas isto por que, na pratica, um mesmo jato

resulta numa ampla faixa de distribuição de velocidades e temperaturas.

No impacto, as partículas sólidas irão repelir ou serão aprisionadas formando ligações

fracas com o resto do revestimento, este é um motivo porque os parâmetros de aspersão, para

grande maioria dos métodos de deposição, devem ser otimizados para que grande parte das

partículas seja fundida no jato (PAREDES, 2009).

A densidade do deposito aspergido está diretamente relacionada com a velocidade das

partículas e a temperatura da fonte de calor. Tanto a temperatura quanto a velocidade são

determinados por processos e parâmetros de Aspersão.

2.5. Processos

Uma vez realizada todas as inspeções necessárias na peça, é possível garantir a

integridade superficial, bem como a garantia de que o material se encontra em condições

satisfatórias para a realização dos processos de Aspersão Térmica.

2.5.1. Processos por combustão

Este grupo de processo utiliza o calor gerado pela queima de um gás combustível,

sendo que qualquer substância que se funda e não sublime à temperaturas inferiores à 2760°C,

pode ser aspergido por estes processos. Os materiais aplicados podem ser metais e ligas na

forma de arame, cordão ou pó e cerâmicos, na forma de vareta, cordão ou pó (PAREDES,

2009).

De forma sucinta a figura 10 exibe uma unidade de aspersão térmica por combustão e

seus componentes relevantes.

Figura 10 Unidade de Aspersão que utiliza filtros e pistola com controle de ar. (MARQUES, 2009.)

Segundo (MENEZES, 2007), é possível complementar o processo por combustão, o

processo combustion-arc consiste na introdução de uma pequena câmara de combustão

interna à pistola e anterior ao arco elétrico, que gera gases de combustão, com temperatura e

pressão elevadas o suficiente para gerar partículas de menos diâmetro e com maior

velocidade.

2.5.2. Aspersão Térmica a Chama Convencional - FS

Este processo também é conhecido como processo à chama oxiacetilênica, por ser uma

subdivisão do processo por combustão, utiliza o mesmo principio, a energia gerada pela

combustão de um gás combustível misturado com oxigênio é usada para fundir o material de

deposição que pode estar na forma de pó ou arame (sólido ou tubular) (PAREDES, 2009).

2.5.3. Aspersão Térmica a Chama Utilizando Pó

Geralmente neste processo existe a alimentação de gás de forma axial e de pó para a

pistola por gravidade, desta forma a partícula tem a menor velocidade no momento que

encontra a chama. Neste momento ocorre a fusão e um jato de ar comprimido projeta o

material de deposição sobre o substrato, por alcançar baixas velocidades as partículas têm

menor resistência adesiva e resistência à coesão e a superfície aspergida maior porosidade

(PAREDES, 2009).

A tocha deste processo esta ilustrada na figura 11, com toda sua estrutura detalhada.

Figura 11 Esquema da tocha de FS utilizando pó. (PAREDES, 2009)

2.5.4. Aspersão Térmica a Chama Utilizando Arame

O sistema de alimentação para aplicação de material na forma de vareta e arame pode

ser através de roletes que são movimentados por motor elétrico, motor pneumático ou por

turbina de ar. Este arame é alimentado de forma continua e é fundido no bocal por uma chama

de gás combustível que tem exclusivamente esta finalidade, após a fundição, para aspergir o

material é utilizado ar comprimido e devido à configuração do bocal o fluxo de ar faz com

que haja pulverização com maior velocidade.

Na figura 12 é possível identificar e observar os componentes relevantes em uma

tocha de aspersão que utiliza arame.

Figura 12 Esquema da tocha de FS utilizando arame. (Catálogo Geral de Aspersão Térmica).

2.5.5. Aspersão Térmica a Chama de Alta Velocidade – HVOF

O método HVOF utiliza combustível gasoso ou liquido, misturado com oxigênio,

utiliza-se variadas razões entre oxigênio e gás combustível, este método alcança altíssimas

temperaturas podendo passar dos 3.000°C (PAREDES, 2009). Perante essas altas

temperaturas o bocal e a câmara de combustão são refrigerados de forma constante,

normalmente com água.

Segundo MARQUES (2003), a combustão é feita dentro de uma câmara de alta

pressão conferindo ao material alta velocidade de saída na pistola. Existem duas formas de

AT de Alta Velocidade, são elas:

tipo convergente divergente: a alimentação do pó é realizada após a expansão dos

gases, que ao saírem da câmara de combustão estão com elevada energia cinética e térmica e

transportam as partículas ate o substrato.

tipo de pistola com câmara de venturi: a alimentação do pó é feita de forma

concêntrica ao bico da pistola. O pó passa por uma câmara de Venturi é aquecido e tem sua

velocidade aumentada, porem não chega ate seu ponto de fusão devido ao curto intervalo de

tempo em contato com a fonte de calor são apenas aquecidas e conferem um grande aumento

de energia cinética, no momento do impacto toda essa energia é transferida para o substrato

(cinética+impacto+elevado calor).

A figura 13 apresenta de forma clara e direta os dois tipos de pistola e suas diferenças

físicas.

(a)

(b)

Figura 13 Esquema de pistola tipo convergente divergente (a), esquema de pistola tipo câmara de Venturi

(b). (PAREDES, 2009)

2.5.6. Processo por Detonação - D-GUN

Este processo utiliza a energia proveniente da explosão da mistura oxigênio/acetileno,

em que esta energia é empregada para aquecer e dar propulsão ao material a ser aspergido na

superfície, neste método sempre em forma de pó (MARQUES, 2003). A tocha consiste numa

câmara de reação onde acontece a combustão e opera com água no resfriamento.

Para a detonação é utilizado uma mistura de oxigênio e gás combustível, normalmente

acetileno e o pó para o revestimento, como em um motor de combustão interna, seguidamente

da mistura de gases, através de uma centelha elétrica ocorre a detonação, controlada, de alta

pressão e temperatura. Concedendo as partículas altas temperaturas e aceleração enquanto são

expulsas da tocha indo de encontro à superfície onde ira se depositar.

Na Figura 14 é possível observar os componentes de suma importância para uma tocha

de detonação.

Figura 14 Esquema de tocha para Aspersão Térmica por Detonação. (PAREDES, 2009)

As partículas podem atingir 760 m/s na saída do cano e por ser um processo cíclico

apos cada explosão a câmara e o cano são purgados com pulsos de nitrogênio. A mistura pode

vir a atingir temperatura muito elevadas variando apenas a quantidade de gás combustível,

porém esta temperatura é controlada, geralmente é mantida na ordem de 3.300°C e a

temperatura do substrato é mantida em 150°C (PAREDES, 2009).

2.5.7. Processo por Plasma Spray - PS

Com o desenvolvimento de novas tecnologias e principalmente da indústria

aeroespacial foi essencial o desenvolvimento de novas tecnologias de fabricação e os

revestimentos empregados nos materiais não ficou fora de toda essa evolução. Observou-se

uma necessidade de temperaturas mais elevadas para revestimentos como carbetos e oxi-

ceramicos que exigem elevadas temperaturas para sua fusão.

Com isso criou-se o Aspersão Térmica por Plasma Spray (PS), plasma nada mais é

que gases a níveis energéticos superiores ao do estado gasoso (SUCHARSKI, 2011). Por se

comportar de uma forma que não pode ser explicado nem pela física e nem pela

termodinâmica, o plasma foi adotado como quarto estado da matéria, superando em valor

energético os estados, sólido, líquido e gasoso, respectivamente. Por esta razão neste processo

são usados materiais consumíveis exclusivos sob forma de pó.

Há dois métodos de formação do arco de plasma o arco transferido (PTA) e o não

transferido (APS), no primeiro o arco atinge a peça e fecha o circuito elétrico e no segundo o

arco é estabelecido e mantido entre o eletrodo e o orifício de saída, então o plasma é forçado

pelo gás e a peça não faz parte do circuito (PAREDES, 2009), como pode ser visto na Figura

15.

Figura 15 Esquema de formação do plasma. (PAREDES, 2009)

Dentre os processos que utilizam plasma, alem do arco transferido e não transferido,

existem outros métodos, são eles:

Aspersão Térmica por Plasma no Vácuo - VPS;

Aspersão Térmica por Plasma em Atmosfera Controlada - CAPS;

Aspersão Térmica por Plasma de Indução - RFPS.

2.5.8. Processo por Arco Elétrico - ASP

Este método utiliza o arco elétrico como fonte de energia para a fusão de dois arames,

de material de deposição, que são guiados ate o bico da pistola, onde se encontram em um

ponto onde é formada uma nevoa de gás. Ate o ponto de encontro os arames estão isolados, a

partir de uma diferença de potencial (ddp), os arcos se fundem e passam por uma zona de ar

comprimido que destaca o material fundido e o projeta sobre o substrato. Em certas

aplicações, visando reduzir oxidação o ar comprimido pode ser substituído por algum gás

inerte.

Com temperaturas muito elevadas variando entre 4.000°C e 6.000°C, sendo muito

maior que o ponto de fusão do material aspergido, é possível que ocorram superaquecimentos

e volatilização em algumas aplicações. (PAREDES, 2009) Afirma que devido a essas altas

temperaturas há a possibilidade da produção de áreas de reação química ou difusão ou ate

mesmo ambas, apos o impacto do substrato. Essas interações podem conferir ao revestimento

uma ótima resistência à adesão e à coesão. A Figura 16 mostra os equipamentos presentes

numa instalação de aspersão por arco elétrico.

Figura 16 Esquema de instalação para Aspersão por Arco Elétrico. (PAREDES, 2009)

Abaixo, na tabela 3, é possível observar um breve comparativo de produtividade entre

os métodos de Aspersão Térmica. É perceptível que maiores temperaturas e/ou maiores

velocidade proporcionam melhores coesões interlamelares e aderência.

Tabela 3: Comparativo entre processos de Aspersão

Fonte: PAREDES, Ramón; Aspersão Térmica 2009.

2.6. Principais Motivos para Aplicação

O processo de aspersão térmica foi fundamentalmente criado e dedicado para conferir

propriedades particulares à superfície que passa pelo processo, como a proteção de corrosão,

resistência ao desgaste, endurecimento superficial, lubricidade e reconstituição de superfícies,

o preenchimento por solda também é muito utilizado no lugar deste ultimo.

Este tipo de revestimento é possível aplicar em peças de qualquer dimensão, por se

tratar de um revestimento aplicado a “baixa” temperatura, não provoca alterações na estrutura

do substrato. Os desgastes mais sofridos por peças que passam por este processo são:

Desgaste por Abrasão;

Desgaste por Aderência;

Desgaste por Corrosão;

Desgaste por Oxidação;

Desgaste por Erosão;

Condutividade Elétrica;

Resistência Térmica;

Condutividade Térmica;

Processos Combinados.

Os substratos nos quais o revestimento térmico pode ser aspergido incluem metais,

óxidos, cerâmicas, vidros e a maioria dos plásticos, estão sendo extensivamente utilizados em

indústrias automotivas, de petróleo, elétricos, eletrônica, geração de energia e aeroespaciais.

Na área de manutenção esta ajudando muito na economia de recursos, usado tanto na oficina

como no campo, no revestimento de estruturas e equipamentos.

Na figura 17 é possível observar algumas aplicações da aspersão térmica (este

processo é normalmente aplicado em superfícies cilíndricas).

Figura 17 Processo de Aspersão na Área Industrial (Catálogo Geral de Aspersão Térmica – Castolin

Eutectic).

3. Conclusão

Conclui-se que, dentre os processos de proteção contra corrosão e outros processos

que deterioram a superfície de materiais, a aspersão térmica se mostra extremamente eficaz.

A preparação da superfície é essencial para que o resultado final se concretize perfeitamente.

Ressalta-se que, uma superfície mal preparada e consequentemente mal aspergida com toda

certeza prejudicará a peça em sua atividade.

Dentre as vantagens do procedimento, podemos ressaltar a possibilidade de utilizar o

revestimento sobre peças de qualquer dimensão, tendo em vista que, por ser aplicado em

temperatura não tão elevada quanto às demais, não provoca alterações na estrutura do

substrato e os poros do revestimento podem atuar como reservatório de lubrificantes.

Trata-se de um processo ainda pouco conhecido pelos estudantes de engenharia,

apesar de assemelhar-se muito ao processo de soldagem, popular entre os mesmos.

Além do mais, o custo benefício deste método é muito competitivo comparado a

outros métodos de proteção à corrosão. É muito utilizado em serviços de manutenção para

aumentar a vida útil de equipamentos, ou seja, é uma ótima solução para evitar a troca de

peças deterioradas, possibilitando o recondicionamento das mesmas e a diminuição dos gastos

de manutenção.

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http://www.joinville.ifsc.edu.br/~fernando.guesser/research/Desenho_Tecnico/Volume

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artigo pronto final

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