tese - bruno guedes

7/26/2019 Tese - Bruno Guedes

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A Universidade Federal da Paraba

Centro de Tecnologia

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica

- Mestrado - Doutorado

REVESTIMENTOS COM MATERIAIS QUAISICRISTALINOS

VIA

ASPERSO TRMICA: CARACTERIZAO TRIBOLGICA E

MICROESTRUTURAL

Por

Bruno Alessandro Silva Guedes de Lima

Joo PessoaParaba julho, 2015


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Bruno Alessandro Silva Guedes de Lima

REVESTIMENTOS COM MATERIAIS QUAISICRISTALINOS VIA


MICROESTRUTURAL

Tese de Doutorado apresentada ao

programa de Ps-Graduao em

Engenharia Mecnica da

Universidade Federal da Paraba para

obteno do grau de Doutor em

Engenharia Mecnica.

Orientador: Professor Dr. Rodinei Gomes Medeiros

Co-orientadores: Professor Dr. Jean Marie Dubois e Richard

Kouitat Njiwa

Joo PessoaParaba julho, 2015


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L732r Lima, Bruno Alessandro Silva Guedes de.Revestimentos com materiais quasicristalinos via asperso

trmica: caracterizao tribolgica e microestrutural / BrunoAlessandro Silva Guedes de Lima.- Joo Pessoa, 2015.

145f. : il.Orientador: Rodinei Gomes MedeirosCoorientadores: Jean Marie Dubois e Richard Kouitat NjiwaTese (Doutorado) - UFPB/CT

1. Engenharia mecnica. 2. Asperso trmica. 3. Tribologia.4. Revestimentos quasicristalinos.

UFPB/BC CDU: 621(043)


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DEDICATRIA

Dedico este trabalho, com muito amor, ao meu pai, Severino Jackson, minha me Zenaide,

a minha esposa Ana Paula.


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AGRADECIMENTOS

Acima de tudo agradeo a Deus.

minha me Zenaide e ao meu Pai Jackson a quem devo minhas principais conquistas,

cujo carinho e apoio foram de fundamental importncia nos momentos difceis e cuja

compreenso constituir sempre minha referncia de sublimidade. Gratido eterna.

Aos meus irmos, afilhados e sobrinha (Zeta-Jones).

Ao professor Rodinei Medeiros Gomes, principal responsvel pela direo dada por

este trabalho, a quem expresso meus votos de gratido por suas crticas e sugestes, pelo

estmulo e principalmente por sua amizade.

Ao Professor Severino Jackson, a professora Danielle Guedes de Lima Cavalcante

pelos valiosos ensinamentos e contribuies no decorrer da pesquisa.

Aos professores Jean Marie Dubois e Richard Kouitat, por toda ateno e orientao

que foi muito importante e essencial para a realizao deste trabalho.

Aos tcnicos do LSR, Itnio, Andr, Calute, Meyson, Isaque, Breno e Joelma e as

alunas Rebecca e Thayza, por toda ajuda, apoio e amizade.

Aos meus colegas do LSR, que no citarei um a um pois a famlia grande porm, no

so menos importantes que as pessoas citadas.

Aos meus amigos Itnio, Rosngela e Dona Gilca.

universidade Federal da ParabaLSR, ao CNPQ e Capes, rgos financiadores

deste trabalho de pesquisa.


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v

REVESTIMENTOS COM MATERIAIS QUAISICRISTALINOS VIA


MICROESTRUTURAL

RESUMO

Pelas excelentes propriedades que apresentam, os quasicristais vem se mostrando

timos protetores de superfcies metlicas e seu estudo como revestimentos superficiais vem

crescendo cada vez mais. Neste trabalho aspergimos quasicristais pelos mtodos LVOF e

HVOF, em substratos de Ao 1020, cobre e alumnio. Em algumas amostras, umintermetlico de Cu9Al4foi aspergido entre o substrato e o revestimento quasicristalino, para

tentar melhorar a aderncia do revestimento ao substrato e proteger os revestimentos

quasicristalinos de contaminaes. Os revestimentos foram caracterizados pela tcnica de

DRX, microscopia tica e MEV. Foi feito o estudo de micro e nanodureza nos revestimentos

aspergidos. Por ltimo, foi realizado um estudo tribolgico nos revestimentos, para se avaliar

o comportamento de atrito, desgaste das camadas e aderncia entre elas e os substratos. Estes

resultados daro base para o uso desses materiais em peas e equipamentos utilizados nasindstrias. As camadas obtidas por LVOF mostraram um alto grau de oxidao e uma

aderncia ruim com o substrato. Os revestimentos obtidos por HVOF mostraram uma

elevada microdureza, com valores entre 600 e 800HV. Os valores de nanodureza e mdulo

de elasticidade encontrados nos revestimentos esto de acordo com os valores encontrados

na literatura. Pelo ensaio de risco com ponta esfrica de 800m, a carga crtica dos riscos foi

de 20N, para todas as amostras com exceo da amostra Al-Qc. No houve descolamento

em relao aos substratos, dos revestimentos com 100m de espessura e os resultados dos

ensaios de risco foram os mesmos, independentemente da sua natureza, indicando que, para

uma espessura de 100m, os revestimentos quasicristalinos se comportam como um material

macio, facilitando a proteo das interfaces. Atravs dos ensaios de simulao, pudemos

ver que, para revestimentos com espessuras de 100m, as interfaces no sofreram

deformaes plsticas. Os resultados de simulao confirmaram que, para uma espessura de

100m, os revestimentos se comportam como um material macio, independente da natureza

do substrato.

Palavras chaves: - Asperso trmica, tribologia, revestimentos quasicristalinos.


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COATINGS WITH CRYSTALLINE MATERIALS THROUGH

THERMAL SPRAY: TRIBOLOGICAL AND MICROSTRUCTURAL

CHARACTERIZATION.

ABSTRACT

By the excellent properties that present, the quasicrystals come if showing excellent

protectors of metallic surfaces and their study as surface coatings is growing increasingly.

In this work, was sprayed quasicrystals for methods HVOF an HVOF, in Steel substrata

1020, covers and aluminum.. In some samples, a Cu9Al4 alloy was sprayed between thesubstratum and the quasicristalino covering, to try to improve the adherence of the covering

to the substratum and to protect the Quasicrystalline layer of contaminations. The coverings

were characterized by the technique of DRX, optical microscopy and SEM. The study of

microhardness and nanohardness in the surfaces of sprayed coverings was made. Finally, a

tribological study of coatings was accomplished to evaluate the behavior of wear and friction

of the layers and the adherence between them and substrata. These results will provide the

basis for the use of these materials in parts and equipment used in industries. The layersobtained for LVOF had showed to one high degree of oxidation and a bad adherence with

the substratum. The coverings obtained for HVOF had showed one high micro-hardness,

with values between of 600 and 800HV. The values of nano hardness and modulus of

elasticity that was found in the coatings are in accordance with the values found in literature.

For the test of risk with spherical tip of 800m, the critical loads of the risks were of 20N,

for all the samples with exception of the Al-Qc sample. It did not have pullout in respect to

substrate of coverings with 100m of thickness and the results of the risk essays, was the

same, independent of its nature, indicating that, for a thickness of 100m, the

quasicrystalline coatings behave as a massive material, facilitating the protection of the

interfaces. Through the simulation tests, we could see that during the tests, for coatings with

thicknesses of 100m, the interfaces practically remain intact and they do not suffer plastic

deformations. The simulation results corroborate with the tests of risks confirming that for a

thickness of 100m, the coverings behave as a massive material, independent of the nature

of the substratum.

Key words: - Thermal spraying, tribology, quasicrystalline coatings.


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vii

SUMRIO

CAPTULO I .................................................................................................................................. 1

INTRODUO .............................................................................................................................. 1

1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 3

1.2.1 OBJETIVO GERAL ................................................................................................................ 3

1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS .................................................................................................... 3

CAPTULO II ................................................................................................................................. 4

2.1 INTRODUO ........................................................................................................................ 4

2.2 LIGAS METLICAS COMPLEXAS ............................................................................................ 6

2.3 QUASICRISTAIS .................................................................................................................... 10

2.3.1 OS QUASICRISTAIS E O NMERO DE OURO .................................................................... 12

2.3.2 QUASICRISTAIS UNIDIMENSIONAIS ................................................................................. 13

2.3.3 OS QUASICRISTAIS BIDIMENSIONAIS .............................................................................. 15

2.3.4 QUASICRISTAIS TRIDIMENSIONAIS .................................................................................. 16

2.3.5 FASES APROXIMADAS ...................................................................................................... 17

2.3.6 SISTEMA Al-Cu-Fe: EM EQUILBRIO ................................................................................. 18

2.3.7 LIGAS DE AL-CU-FE-B ....................................................................................................... 19

2.3.8 PROPRIEDADES DOS QUASICRISTAIS ............................................................................... 20

2.4 ASPERSO TRMICA ........................................................................................................... 24

2.4.1 PRINCPIOS E DEFINIES ................................................................................................ 24

2.4.2 CLASSIFICAO DOS MTODOS DE DEPOSIO ............................................................. 25

2.4.3 CAMADAS QUASICRISTALINAS OBTIDAS POR ASPERSO TRMICA. ............................... 29

2.5 TRIBOLOGIA ........................................................................................................................ 31

2.5.1 FENMENOS TRIBOLGICOS........................................................................................... 34

2.5.2 CONSIDERAES ECONMICAS ...................................................................................... 35

2.5.3 SOLUES TRIBOLGICAS ............................................................................................... 36


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2.5.4 ATRITO ............................................................................................................................. 39

2.5.5 DESGASTE ........................................................................................................................ 40

2.5.6 LUBRIFICAO ................................................................................................................. 41

2.5.8 TRIBOLOGIA DE REVESTIMENTOS QUASICRISTALINOS. .................................................. 42

CAPTULO III .............................................................................................................................. 45

METODOLOGIA ......................................................................................................................... 45

MATERIAIS E MTODOS ............................................................................................................ 45

3.1 ETAPA 1 REALIZADA NO LSR/UFPB ..................................................................................... 45

3.1.1 INTRODUO ................................................................................................................... 45

3.1.2 ELABORAO DA LIGA ..................................................................................................... 46

3.1.3 REVESTIMENTO DOS SUBTRATOS POR ASPERSO TRMICA. ......................................... 46

3.1.4 TRATAMENTO TRMICO .................................................................................................. 48

3.1.5 CARACTERIZAO POR DIFRAO DE RAIOS-X ............................................................... 48

3.1.6 CARACTERIZO POR MICROSCOPIA ELETRNICA DE VARREDURA E EDS. ..................... 48

3.1.7 ENSAIO DE MICRODUREZA .............................................................................................. 49

3.2 ETAPA 2 REALIZADA NO INTITUT JEAN LAMOUR/NANCY-FRANA .................................... 50

3.2 ENSAIOS DE TRIBOLOGIA .................................................................................................... 51

3.2.1 ENSAIO DE RISCO ............................................................................................................. 51

3.2.2 NANOINDENTAO ......................................................................................................... 51

3.2.3 SIMULAO NUMRICA .................................................................................................. 52

CAPTULO IV .............................................................................................................................. 53

RESULTADOS DESCULSES ....................................................................................................... 53

4.1 CARACTERIZAO DOS REVESTIMENTOS ........................................................................... 53

4.2 - ESTUDOS TRIBOLGICOS DOS REVESTIMENTOS QUASICRISTALINOS ............................. 66

4.2.1 MICRODUREZA VICKERS .................................................................................................. 67

4.2.2 NANODUREZA BERKOVICH NO REVESTIMENTO QUASICRISTALINO ............................... 71

4.2.3 ENSAIO DE RISCO ............................................................................................................. 82


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ix

4.2.4 Simulao Numrica ...................................................................................................... 103

CAPTULO V ............................................................................................................................. 117

CONCLUSO ............................................................................................................................ 117

REFERNCIA BIBLIOGRFICA .................................................................................................. 120


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Lista de figura

Figura 2.1 - Padro de difrao de eltrons de uma estrutura quasicristalina(SCHECHTMAN, 2011)........................................................................................................5

Figura 2.2 - Poliedros - Dodecaedral, octogonal, icosaedral, triacontraedral........................10

Figura 2.3- Liga icosaedral quasicristalina (D. GRATIAS et al, 2002).................................11

Figura 2.4 - (a) Relao geomtrica de um pentgono regular: a diagonal proporcional ao

nmero de ouro, (b) Pentgono sobre um diagrama de difrao de eltrons de uma fase de

estrutura icosadrica (KENZARI, 2006)...............................................................................13

Figura 2.5 - Representao da srie de Fibonacci (ROUXEL, D., ET al., 2006)...................14Figura 2.6 - MET do quasicristal com eixo de simetria de ordem cinco. A simetria pentagonal

e uma repetio infinita com razo igual ao nmero de ouro (SORDELET, D.J.,

1997).....................................................................................................................................14

Figura 2.7 - Ladrilhos de Penrose construdos com 2 figuras geomtricas elementares

(STIHLE, 2007)....................................................................................................................15

Figura 2.8 - Seo perpendicular de um eixo decagonal de uma liga de AlCoNi ..................16

Figura 2.9 - Representao de um icosaedro e de um dodecaedro (Passos, 2006).................17Figura 2.10 - Diagrama de fases Ternrio da liga de AlCuFe rica em alumnio.....................18

Figura 2.11- Esquema do processo de asperso tmica HVOF.............................................25

Figura 2.12 Mtodos de soluo de problemas tribolgicos (LEAL, L. C, 1981)..................37

Figura 2.13 Modos de desgaste: (a) adesivo, (b) abrasivo, (c) fadiga, (d) corrosivo

[RIBEIRO, F., R., V., 2012]..................................................................................................40

Figura 3.1 - Fluxograma da metodologia realizada durante a primeira etapa do trabalho, no

LSR/UFPB...........................................................................................................................45

Figura 3.2 - Fluxograma da metodologia realizada durante a segunda etapa do trabalho, no

Intitut Lean Lamour/Nancy-Frana......................................................................................50

Figura 3.3 - Esquema do modelo de simulao.....................................................................52

Figura 4.1Mev das amostras de ao carbono1020 revestidas pelo mtodo LVOF e HVOF.

a) Ao-Qc, LVOF; b)Ao-Cu9Al4+ Qc, LVOF; c) Ao-Qc, HVOF; d) Ao-Cu9Al4+ Qc,

HVOF...................................................................................................................................53


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xi

Figura 4.2Difratograma de raios-X da liga Al59,2Cu25,5Fe12,3B3 no estado bruto de fuso

mostrando a presena das fases , e e tratada termicamente apresentando apenas a fase

Qc.........................................................................................................................................55

Figura 4.3 - Difratograma de raios-X da liga Cu9Al4Bruta de fuso..................................56

Figura 4.4 - Difratograma de raios-X Camada Ao + Cu9Al4HVOF.................................57

Figura 4.5 Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(atomizado) (a) sem tratamento e (b)

tratado a 730C por 5 minutos...............................................................................................57

Figura 4.6 - Difratogramas de raios X da amostra Ao-Cu9Al4+ Qc(atomizado) (a) tratado a

730C por 5 minutos e (b) sem tratamento............................................................................57

Figura 4.7 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(no tratado antes da asperso) (a) tratado

a 730C por 5 minutos e (b) sem tratamento..........................................................................58

Figura 4.8 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Cu9Al4 + Qc(no tratado antes da

asperso). (a) tratado a 730C por 5 minutos e (b) sem tratamento........................................59

Figura 4.9 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Cu9Al4 + Qc ( trat. Antes da aspersao) -

HVOF (a) tratado a 730C por 5 minutos e (b) sem tratamento............................................60

Figura 4.10 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(tratado antes da asperso)...................61

Figura 4.11 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(tratado antes da asperso)

730/5min.............................................................................................................................61Figura 4.12 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(atm) tratado a 730C por 5 minutos

e (b) sem tratamento..............................................................................................................62

Figura 4.13 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(no tratado antes da asperso).................62

Figura 4.14 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(tratado antes da asperso)......................63

Figura 4.15 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(tratado antes da asperso) -

730/5min.............................................................................................................................64

Figura 4.16 - Difratogramas de raios X da amostra Al-CuAl + Qc........................................64Figura 4.17 - Difratograma de raios X da amostra Al-QC(sem trat. antes da asperso).......................65

Figura 4.18 - Difratograma de raios X da amostra Al-QC(com trat. antes da asperso).......................66

Figura 4.19 - Ao-Qc(Atomizado), microdureza HV X Carga (mN)...........................................68

Figura 4.20 - Al-Qce Al-CuAl+Qc, microdureza HV X Carga (mN) ...................................69

Figura 4.21- Ao-Qc(Atomizado), microdureza HV X Carga (mN)............................................69

Figure 4.22 - Grfico que ilustra profundidade de penetrao (pd) da ponta e espao

percorrido pela mesma para cada regio indetada..........................................................,,,,,,.70


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xii

Figura 4.23 - Ensaio de Nanoindentao realizada na superfcie da amostra de Ao-

CuAl+Qc. a) Microscopia tica da indentao; b) Grfico Fn x Pd do ensaio......................71

Figure 4.24 - a) Imagem de uma impresso obtida por microscopia ptica (regio circulada);

b) Grfico Fn x Pd fornecido pelo teste de nanoindentao..................................................73

Figura 4.25 - Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade das regies transversais dos

revestimentos quasicristalinos para as amostras com substrato de ao..................................73

Figura 4.26 Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade das regies transversais dos


Figura 4.27 Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade das regies transversais dos


Figura 4.28 - Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade, substratos de alumnio: a)Nanodureza, Al-CuAl+Qc; b) Nanodureza , Al-Qc; c) Eit, Al-CuAl+Qc; d) Eit, Al-

Qc......................................................................................................................................... 79

Figura 4.29 - Imagem do risco para uma carga de 1,5N para a amostra de Cu-Qc.................81

Figura 4.30 - Imagens dos riscos para uma carga de aproximadamente 20N.........................83

Figure 4.31 - Imagens dos riscos para cargas de 52 e 80N para a amostra de Ao-

CuAl+Qc..............................................................................................................................83

Figura 4.32 - Imagens dos riscos para uma carga de aproximadamente 20N. a) Ao-CuAl+Qc; b) Ao- Qc; c) Al-CuAl+Qc; d) Cu- Qc...............................................................84

Figura 4.33 - Imagens dos riscos para cargas de 52 e 80N para a amostra de Ao-CuAl+Qc.

a) Fora normal 52N; b) fora normal 80N...........................................................................85

Figura 4.34 - Perfil em 2d e 3d do revestimento quasicristalino ...........................................86

Figura 4.35 - Espessura dos revestimentos da amostra Ao-CuAl+Qc.................................87

Figura 4.36 - Grfico de risco e imagens de microscopia ptica obtida pelo equipamento. a)

Grfico do teste de risco; Imagem com fora normal de b) 1,5N, c) 22N, d) 50N e e)80N.......................................................................................................................................90

Figura 4.37. Espectros obtidos pela anlise de eds para a amostra o revestimento da amostra

Al-Qc. a) incio do risco; b) Metade do risco; c) Final do risco .............................................91

Figura 4.38 Coeficiente de frico obtido pelo teste de risco atravs dos grficos obtidos

pelos ensaios.........................................................................................................................92

Figura 4.39 - Espectros obtidos pela anlise de eds para a amostra o revestimento da amostra

Al-Qc. a) incio do risco; b) Metade do risco; c) Final do risco..............................................93


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xiii

Figura 4.40 - Coeficiente de frico obtido pelo teste de risco atravs dos grficos obtidos

pelos ensaios.........................................................................................................................94

Figura 4.41 - Resultado para ensaio de risco. a) Cu-Qc; b) Ao-Qc; c) Al-CuAl+Qc; d) Ao-

CuAl+Qc..............................................................................................................................95

Figura 4.42 - Imagens dos riscos para as amostras (a) Ao-Qc, Fn=34N, b) Cu-Qc, Fn=31N,

c) Al-CuAl+Qc, Fn=30N, c) Al-CuAl+Qc, Fn=30N e (d) Ao-CuAl+Qc,

Fn=17N.................................................................................................................................97

Figura 4.43 - Perfil em 2d e 3d do revestimento quasicristalino ao-

CuAl+Qc..............................................................................................................................99

Figura 4.44 - Grfico fornecido pelo ensaio de risco realizado com ponta de raio de 200m

na amostra Al-Qc................................................................................................................100

Figura 4.45 - Imagens dos riscos fornecidos pelo ensaio de

risco....................................................................................................................................101

Figura 4.46 - Perfil em 2d e 3d do revestimento quasicristalino ao-CuAl+Qc...................102

Figura 4.47 - Grficos 3d - tz x carga x raio de contato para uma espessura de

5m.....................................................................................................................................104

Figura 4.48 - Grficos 3d - tz x carga x raio de contato para uma espessura de100m.................................................................................................................................105

Figura 4.49 - Grficos r x tz - Fn = 80N, espessura de 100m, ponta de ao e diamante.

a) Ao-Qc; b) Al-Qc..........................................................................................................106

Figura 4.50 - Grficos r x tz - Fn = 80N, espessura de 100m, ponta de ao e diamante . a)

Ao-Qc; b) Al-Qc...............................................................................................................107

Figura 4.51 - Grficos r x tz e espessura x r, Fn = 10 e 80N, ponta de ao e diamante, ensaio

realizado na superfcie. a) Espessura x raio de contato, 10N; b) Espessura x raio de contato,

80N; c) r x tz, 10N; d) r x tz, 80N.........................................................................................108

Figura 4.52 - Perfis de presso de contato para a superfcie e interface. Grficos r x tn,

Fn=80N. a) Ao-Qc, 5m; b) Ao-Qc, 100m; c) Al-Qc, 5m; d) Al-Qc100m...............109

Figura 4.53 - Perfis de deslocamento da ponta para a superfcie e interfaceGrficos r x Uz,

espessuras de 5 e 100m. a) Ao-Qc; b) Al-Qc; c) Ao-CuAl+Qc; d) Al-

CuAl+Qc............................................................................................................................110

Figura 4.54 - Simulao plstica, Ao-Qc - Tenso plstica (Tv), a) Curva de carga Fn =40N; b) Curva de descarga Fn = 0N...................................................................................112


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Figura 4.55 - Simulao plstica, Ao-Qc, Deformao plstica (Eit), Curva de carga Fn =

20N.....................................................................................................................................113

Figura 4.56 - Simulao plstica, Ao-Qc, Deformao plstica (Eit) - a) Curva de carga,40N; b) Curva de descarga, 0N...........................................................................................113

Figura 4.57 - Simulao plstica, Al-Qc - Tenso plstica (Tv), a) Curva de carga Fn = 40N;

b) Curva de descarga Fn = 0N.............................................................................................114

Figura 4.58 - Simulao plstica, Al-Qc, Deformao plstica (Eit), Curva de carga Fn =

20N.....................................................................................................................................115

Figura 4.59 - Simulao plstica, Al-QcDeformao plstica (Eit), a) Curva de carga Fn

= 40N; b) Curva de descarga Fn = 0N.................................................................................115


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Lista de Tabelas

Tabela 2.1 Principais propriedades das ligas metlicas complexas ........................................9

Tabela 2.2Fases do sistema AlCuFe (PASSOS, 2006)......................................................21

Tabela 2.3 Valores de dureza e coeficiente de frico para diversos materiais

(SHAOETURA, D. S2007)..................................................................................................23

Tabela 2.4 Condutividade Trmica de alguns materiais (SHAOETURA, D. S

2007).....................................................................................................................................24

Tabela 3.1 Amostras obtidas ................................................................................................48

Tabela 3.2 Parmetros utilizados para anlise no Microscpio Eletrnico de

Varredura..............................................................................................................................50

Tabela 3.3 - Amostras selecionadas para os ensaios tribolgicos..........................................52

Tabela 4.1: Rugosidade da superfcie do revestimento na regio das ranhuras.....................87

Tabela 4.2. Anlise de Eds do material da ranhura e na superfcie ao lado das

ranhuras................................................................................................................................89

Tabela 4.3. Anlise de Eds do material da ranhura e da amostra de Al-CuAl+Qc.................89

Tabela 4.4. Anlise de Eds do material da ranhura e da amostra de Al-Qc............................93


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Lista de Smbolos

at %porcentagem atmica Al5(Cu,Fe)5, AlFe(Cu) - cbica (tipo CsCl)

2fase cristalina AlFe3

1 Al50Cu35Fe15

Al52,5Cu37.5Fe10

Al50Cu40Fe10

4 Al55Cu35Fe15

1AlFe3- CCC

B2fase nanocristalina

Ccurto

DQCDecagonal Quasicristalina

e/aconcentrao de eltrons por tomo

hhora

iicosaedral

IQCicosaedrais quasicristalinos

Llongo

2fase cristalina Al3Fe

Al Cu Fe tipo Ni2Al3

Al6Cu2Fe - Icosaedral

MAEMoagem de Alta Energia

Al5Fe2Monoclnica

AlCuortorrmbica tipo Ni2Al3

QCquasicristal

RMMRefinamento por Moagem Mecnica

AlCu(Fe)

Al2Cu - tetragonal

Al18Cu10Fe

Al7Fe2- ortorrmbica

12Al3Fe com diferentes quantidades de cobre dissolvido

Al13Fe4Monoclnica


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Al7Cu2FeTetragonal

EMdulo de Elasticidade

HvDureza

KicTenacidade Fratura

LMC - Ligas metlicas complexas

Tv - Tenso normal

Eit - Deformao plstica

Ao-CuAl+qc - Amostra com substarto de ao revestida com Cu9Al4e a liga

quasicristalina AlCuFeB.

Al-CuAl+qc - Amostra com substarto de Alumnio revestida com Cu9Al4e a liga

quasicristalina AlCuFeB.Ao-qc - Amostra com substarto de ao revestida a liga quasicristalina AlCuFeB

Al-qc - Amostra com substarto de Alumnio revestida a liga quasicristalina AlCuFeB

Cu-qc - Amostra com substarto de Cobre revestida a liga quasicristalina AlCuFeB

HVOF - High Velocity Oxygen Fuel

LVOF - Low Velocity Oxygen Fuel

atmatomizado

s.tSem tratamento antes da aspersoc. t.Com tratamento antes da asperso


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CAPTULO I

INTRODUO

A aplicao por asperso trmica de revestimentos protetores, com finalidades de

engenharia, utilizada para elevar a resistncia ao desgaste, corroso, isolamento

trmico e eltrico e contra incompatibilidades qumicas e biolgicas. Desta forma, uma

das principais vantagens no desenvolvimento da tecnologia da asperso trmica est em

aumentar a vida til de sistemas e peas, em face o elevado custo de componentes de

reposio, aliado as vantagens de se recuperar peas s quais geralmente se eliminaria ou

substituiria. Podem-se citar vrias aplicaes para a tcnica de asperso trmica: (i) na

indstria de implantes, por exemplo, podem-se revestir as peas implantadas, com a

finalidade de melhorar algumas propriedades como a dureza e resistncia ao desgaste das

mesmas; (ii) na indstria do petrleo, aonde a asperso trmica vem sendo muito usada

com a finalidade de proteger as superfcies das tubulaes de petrleo e gs contra o

desgaste e a corroso imposta pelo ambiente; (iii) revestimento da superfcie de motores

a combusto interna para melhorar a repetncia ao desgaste, resistncia ao desgaste e

corroso. Atualmente o uso da asperso trmica para a obteno de revestimentos vem

sendo cada vez mais utilizadas nos setores de indstria e sua utilizao aumenta a cada

dia.

Nesse contexto, os quasicristais (QCs) podem oferecer diversas vantagens como

revestimentos protetores devido as suas excelentes propriedades mecnicas e superficiais

como, elevada dureza, baixa energia superficial, baixo coeficiente de atrito, boa

resistncia oxidao e corroso, ainda baixas condutividades eltrica e trmica.

As ligas quasicristalinas so materiais com caractersticas microestruturais

distintas, so aperidicos, porm com ordenao longo alcance. O quasicristal possui

uma simetria rotacional incompatvel com os princpios de ordenao da cristalografia

convencional, com eixos de rotaes de cinco, oito, dez e doze. So estas caractersticas

incomuns na estrutura dos quasicristais que permitem estes materiais possurem

propriedades incomuns para materiais metlicos e ao mesmo tempo, muito importantes

para indstria tecnolgica. Uma das principais caractersticas dos materiais

quasicristalinos a sua elevada dureza e fragilidade. Esta fragilidade limita o uso dos


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quasicristais em forma de p, sendo assim, um excelente material para ser aspergido

termicamente como reforo de um substrato.

As propriedades superficiais e mecnicas dos QCs colocam estes materiais como

uma excelente alternativa para o reforo de superfcies. Podemos citar exemplos como,

aumentar a dureza de materiais com superfcies muito dcteis e com pouca resistncia ao

desgaste, diminuir o atrito em superfcies que precisem entrar em contato com outras

superfcies como rolamentos, para proteger superfcies de problemas de oxidao e

reduzir problemas de superaquecimentos destas superfcies.


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1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GERAL

Obter filmes superficiais contendo fases quasicristalinas utilizando ps da liga

Al59Cu25,5Fe12,5B3em substratos de alumnio, Cobre e Ao 1020, atravs das tcnicas de

asperso trmica LVOF e HVOF, visando promover maior resistncia ao desgaste e

abraso, resistncia a corroso das superfcies aspergidas.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Obteno dos filmes quasicristalinos com composio Al59Cu25,5Fe12,5B3,

sobre substratos de ao1020, alumnio e cobre por duas tcnicas de

asperso trmica LVOF e HVOF. As camadas obtidas foram

caracterizadas difrao de raios-X, microscopia ptica e microscopia

eletrnica de varredura.

Avaliar como a utilizao de uma camada intermediaria de CuAl entre o

substrato e o filme quasicristalino, influencia na aderncia e na preveno

de contaminao do revestimento pelo substrato.

Avaliar como o mtodo de obteno do p utilizado para asperso, o

substrato, os mtodos de asperso e o tratamento trmico influenciam nas

propriedades tribolgicas e mecnicas estudadas dos revestimentos. Para

o estudo destas propriedades realizou-se ensaios de microdureza enanodureza e teste de risco nos revestimentos quasicristalinos.

Simulao numrica para prever o comportamento elstico e plstico das

superfcies dos revestimento e nas interface.


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CAPTULO II

2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 INTRODUO

Os quasicristais so um caso particular de ligas metlicas complexas (LMA), que

so ligas constitudas de pelo menos dois elementos, comumente trs, onde a estrutura

cristalina descrita por uma clula unitria gigante, podendo conter vrias centenas ou

at mesmo milhares de tomos nesta clula unitria e constitudo, tambm, por um

subgrupo de simetria, incompatvel com a simetria de translao. As ligas metlicas

complexas (Complex Metallic Alloys - CMA), tambm chamadas SCAPs (structurally

complex alloy phases) [URBAN, 2004] apresentam propriedades atpicas, que so muito

diferentes daquelas dos metais que as constituintes e isso obviamente se aplicam aos

quasicristais. Estas propriedades atpicas uma das consequncias da complexidade

estrutural, tanto do ponto de vista cristalogrfico como do ponto de vista eletrnico.

Vrios tipos de LMA existentes dependem da natureza dos elementos que a constitui e de

suas respectivas concentraes. As ligas mais estudadas, dentre estas, so baseadas no

alumnio [DUBOIS, J.M, 2005]. Os quasicristais constituem o caso de LMA, no qual a

rede tem dimenso infinita [DUBOIS et al.,2008].

A descoberta dos quasicristais em 1982, pelo pesquisador israelense

D.Schechtman lhe rendeu o prmio Nobel de Qumica de 2011. Ao estudar por

microscopia uma liga temperada de Al-Mn, Schechtman percebeu uma estrutura cuja

simetria rotacional era incompatvel com os princpios de ordenao da cristalolografiaconvencional.

Efetivamente, os padres de difrao eletrnica das ligas Al-Mn solidificados

rapidamente apresentavam pontos de resolues finas, sugerindo uma simetria de

ordem 5, pertencente ao grupo espacial m35, apresentando 6 eixos de simetria de ordem

5. Na poca, a descoberta do Schechtman enfrentou muita resistncia, pois na

cristalografia clssica, s se admitia eixos de simetria de rotao de ordem 1, 2, 3, 4 e 6.

Mesmo contrariando o meio cientfico, Schechtman e colaboradores publicaram a novadescoberta [SCHECHTMAN, et al., 1984], os quasicristais, uma estrutura que


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apresentava eixo de ordem 5, contrariando, portanto, conceitos cristalogrficos bsicos

que traz consigo a periodicidade tridimensional. Mesmo assim, os pontos de difrao com

resolues finas atestaram que a estrutura se apresentava bem ordenada, figura 2.1.

Figura 2.1 - Padro de difrao de eltrons de uma estrutura quasicristalina

[SCHECHTMAN, 2011].

Em relao a sua estrutura, podemos classificar os quasicristais, nos seguintes

grupos [YAMAMOTO, A., 2008]:

Quasiperidicos em duas Dimenses (quasicristais poligonais ou diedro) - H uma

direo perpendicular peridica para as camadas quase peridicas:

Quasicristal octogonal com simetria de 8 vezes local[clula primitiva de

corpo centrado]

Quasicristal decagonal com simetria 10 vezes local

Quasicristal dodecagonal com simetria de 12 vezes local

Quasiperidicos em trs Dimenses (sem direo peridica):

Quasicristais icosadricos com 5 vezes [clula primitiva decorpo centrado

e de face centrada]

Quasicristais icosadricos com simetria quebrada (Cd5.7Yb binrio estvel)

Atualmente, existem mais de uma centena de ligas quasicristalinas diferentes,

como por exemplo, ligas a base de alumnio, magnsio, zinco, zircnio, o cdmio e

titnio, que j foram obtidos e tm sido bastante exploradas [JEEVAN,H.S.,2004]. Ligas

quasicristalinas base de alumnio, tais como Al-Cu-Fe, so mais so mais baratas e
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309303008688http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309303008688


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atxicas, e desta forma, melhor, comercialmente falando. Os componentes que entram na

composio da presente liga no so txicos, circunstncia que expande sua gama de

aplicaes. Um detalhe importante que essas ligas metlicas so tambm extremamente

frgeis os que tornam impossveis a sua utilizao sob a forma de materiais macios,

sendo por isto, frequentemente utilizados em forma de p como reforos em materiais

compsitos, filmes finos, para aplicao em camadas superficiais e ainda em catlise

[DUBOIS, J.M, 2005]. No entanto, a mistura dessas fases em uma matriz dctil uma

alternativa para superar a sua fragilidade [KENZARI, 2006].

As propriedades dos materiais quasicristalinos so um reflexo de sua estrutura

cristalina rara. Apesar de serem constitudas, apenas, de metais puros, muitas de suas

propriedades os aproximas mais dos materiais cermicos do que dos materiais metlicos,

notadamente: elevada dureza, baixa energia superficial e baixo coeficiente de atrito, boa

resistncia oxidao e corroso, elevada resistncia ao desgaste e ainda baixas

condutividades eltrica e trmica. Essas propriedades qualificam os quasicristais a serem

usados em diversos setores da indstria tecnolgica, como por exemplo, reforo de

superfcies de rolamentos, implantes mdicos, na indstria do petrleo usando

revestimentos quasicristalinos para proteo superficial das tubulaes, como

catalisadores, como reforos em compsitos, substituto do teflon em panelas

antiaderentes e etc.

2.2 LIGAS METLICAS COMPLEXAS

Ligas metlicas complexas so caracterizadas por sua frmula qumica, grande

tamanho de sua clula unitria contendo centenas ou at milhares de tomos por clula

unitria e variedade de conjuntos atmicos da clula unitria [DUBOIS et al.,2008]. Essascaractersticas diferem as ligas metlicas complexas das ligas cristalinas convencionais.

A periodicidade da clula unitria cristalina nas LMC no uma propriedade relevante,

uma vez que se torna muito maior que a distncia mdia do vizinho mais prximo, e mais

especificamente, superior distncia que caracteriza as interaes bsicas no cristal.

Como consequncia, a maioria das propriedades fsicas e, principalmente, o transporte de

eltrons, afasta-se significativamente dos observados em metais e ligas convencionais que

so caracterizados por clulas unitrias menores, contendo apenas alguns tomos. Aconduo de calor, por exemplo, em uma LMC de Al-Cu-Fe, com composio adequada,


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embora feito de bons condutores de calor, possui conduo de calor to baixa quanto ao

dixido de zircnio, um isolador de calor tpico usado na indstria aeroespacial [Dubois,

J.M.,1993.].

Desta forma, podemos ver que a complexidade estrutural destes materiais resulta

em uma estrutura eletrnica muito particular, alm de poderem proporcionar uma

combinao nica de propriedades, ausentes nos materiais metlicos convencionais. O

motivo que faz com que estes tomos se organizem, micro - estruturalmente e

quimicamente, desta maneira permanece um mistrio.

Existem vrios tipos de LMAs, dependendo da natureza dos elementos que as

compe e suas respectivas concentraes. A mais estudada at agora so as ligas base

de alumnio [Dubois, J.M. (2005)]. Elas compreendem os quasicristais, que foram

apontadas pela primeira vez por Shechtman no perodo 1982-1985 em uma liga

metaestvel de Al-Mn, obtida por solidificao rpida [SCHECHTMAN, et al., 1984, D.

Shechtman and Il Blech, 1985]. Mais tarde, a existncia dos quasicristais estveis foi

revelada por diferentes grupos, entre os quais as contribuies mais decisivas vieram de

Tsai et al. que demonstraram que quasicristais podem ser obtidas em vrios ligas base

de Al em composies especficas, mas por resfriamento lento por fuso [Dubost, B et

al., 1986, TSAI, A.P et al., 1987, TSAI, A.P et al., 1990a, TSAI, A.P et al., 1990b].

A composio das LMC frequentemente aquela de um ternrio, ou de um

quaternrio e etc, isto , a de uma liga multicomponente. Contudo, alguns compostos

cristalinos complexos binrios foram estudados nos ltimos anos, e conduziram

descoberta notvel de um quasicristal binrio estvel [Tsai, A.P., et al, 2000].

Na tabela 2.2 abaixo, listamos algumas das principais propriedades das ligas

metlicas complexas [HOEHENER, K.].


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Tabela 2.1 - Principais propriedades das ligas metlicas complexas

Propriedades de Superfcies Propriedades de Energia Outras

propriedades

Molhabilidade

(Hidrofbico)

Condutividade trmica

ajustvel

Fora, elasticidade e

dureza

Resistncia a corroso; Condutividade eltrica Estabilidade trmica

Resitncia a oxidao Ajustvel Propriedades pticas

Baixo atrito (Vcuo)

Coeficiente Termoeltrico

ajustvel Propriedades Magnticas

Baixa adeso para metais

Maior capacidade de

armazenamento de

hidrognio

Gros de tamanhos Nano

Alta dureza

Boa absoro de luz

infravermelha e a

estabilidade a alta

temperatura para

converso de calor

Com todas estas propriedades que as estruturas complexas das LMCs

proporcionam, podemos imaginar algumas combinaes nicas de propriedades

funcionais como: condutividade eltrica substancial combinada com baixa condutividadetrmica;

combinao de boas propriedades de absoro de luz infra-vermelha, com alta

estabilidade de temperatura;

combinao da alta dureza com reduzida aderncia slido-slido e molhabilidade

por lquidos polares;

resistncia eltrica e trmica ajustvel de acordo com a variao da composio;

propriedades de isolamento trmico que pode ser obtida em condies adequadas;


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excelente desempenho a alta temperatura e baixa sensibilidade corroso foi

demonstrado;

propriedades termoeltricas atraentes;

alta absoro de hidrognio (CMAS baseada em Ti).

Este grande nmero de propriedades que a estrutura complexa das LMs as suas

combinaes fazem com que este material possa ter diversas aplicaes no setor industrial

tecnolgico. Podemos listar algumas dessas aplicaes de acordo com as propriedades.

Algumas aplicaes relacionadas a energia:

isolamentos trmicos;

aplicaes termoeltricos;

armazenamento de hidrognio.

Algumas aplicaes de revestimentos:

Aplicaes Tribolgicas;

Reduo de Soldagem a frio;

Reduo da Abraso;

Adapato para sua molhabilidade;

Proteo contra corroso;

Obteno de Materiais Nanoestruturados.

Outras aplicaes:

Aplicaes onde a alta temperatura seja necessria;

Materiais Metlicos ou polimricos reforados com precipitaes ou

disperses de nano partculas de ligas da famlia das LMA,s

Catlises;

Aplicaes Magnticas;

Aplicaes pticas.


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Essa lista de propriedades e aplicaes mostra a importncia do estudo e do

desenvolvimento das LMs para a Indstria tecnolgica.

2.3 QUASICRISTAIS

Os quasicristais, que fazem parte do grupo de Ligas Metlicas Complexas, so

caracterizadas (i) por sua frmula qumica, (ii) o tamanho de sua clula unitria que so

grandes e possuem at milhares de tomos em seu interior, e (iii) a variedade de conjuntos

atmicos que esta clula unitria possui [DUBOIS, J.M et al.,2008], e encontram-se numa

posio entre o cristal e o amorfo. Diferentemente dos cristais, os quasicristais tm

estrutura complexa. Essa estrutura apresenta uma repetio quase-periodica no seu

arranjo dos tomos, quase-periodicidade estas causadas pelas simetrias rotacionais no

permitidas pela cristalografia clssica. Os quasicristais so, portanto, estruturas ordenadas

longa distncia sem periodicidade de translao. Detm, habitualmente, simetrias de

ordem 5, 8,10 ou at 12 interditados pela cristalografia clssica, podemos ver estas

estruturas na Figura 2.2 abaixo.

Figura 2.2 - Poliedros - dodecaedral, octogonal, icosaedral, triacontraedral

Estas ordens de simetria podem ser denominadas como falsas simetrias, visto

que, as operaes de translao num espao tridimensional, que so caractersticas

imprescindveis em corpos simtricos, no so aplicadas aos materiais quasicristalinos.

Os quasicristais so compostos por unidades estruturais icosaedrais, octogonais,

decagonais ou dodecaedrais ao invs de clulas unitrias comuns aos cristais[HUTTUNEN-SAARIVIRTA, 2004].


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A diferena entre cristais e quasicristais pode ser entendida atravs de uma

analogia com um cho coberto de ladrilhos: pode-se recobrir o assoalho com ladrilhos

triangulares, quadrados, retangulares ou hexagonais, mas no possvel faz-lo com

pentgonos, pois essas Figuras no se encaixam perfeitamente e sobra espao entre elas.

Da mesma forma, acreditava-se, at 1982, que, nos slidos, apenas alguns padres

de ordenamento atmico eram possveis: um padro icosadrico, por exemplo, no

poderia ocorrer, pois icosaedros (poliedros de 20 faces triangulares iguais) no se

encaixam perfeitamente, deixando espaos entre si e desta forma o ordenamento no seria

perfeito. O que Shechtman mostrou em 1982, atravs de estudos microscpicos da liga

AlMn, foi que existem, sim, esses materiais com ordenamento imperfeito, so os

quasicristais. No caso desta liga AlMn, a estrutura encontrada foi a icosaedral.

Na Figura 2.3, temos um exemplo em que os tomos da liga Al-Cu-Fe formam

uma estrutura tambm Icosaedral [GRATIAS. D., et al, 2002].

Figura 2.3 Liga icosaedral quasicristalina [D. GRATIAS et al, 2002]

Desde a descoberta da fase icosaedral quasicristalina AlMn, outras ligas foram

elaboradas. Doravante, trs classes de materiais quasicristalinos puderam ser observadas

em diferentes sistemas. Existem ligas, segundo as quais a quasiperiodicidade pode ser

observada segundo 1, 2 ou 3 dimenses. Estas so chamadas, respectivamente, de

quasicristais unidimensional, bidimensional (fase decagonal) ou tridimensional (fases

icosaedrais). No diagrama de fases, a existncia das ligas quasicristalinas encontra-se

numa faixa composicional muito estreita. Para composies qumicas muito vizinhas,

encontram-se frequentemente fases cristalinas peridicas, com grandes redes, nas quais a

estrutura local muito parecida com as dos quasicristais. Estas fases so demoniadas defases aproximadas. s ligas quasicristalinas juntamente com as fases aproximadas


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pertencem a um vasto grupo de ligas denominadas, como j mencionado, de

intermetlicos complexos, reforando o conceito j especificado [KENZARI, 2006].

2.3.1 OS QUASICRISTAIS E O NMERO DE OURO

O nmero de ouro, tambm denominado de proporo divina, se encontra

regularmente na natureza, em formas geomtricas, na matemtica, bem como nos padres

de difrao das ligas quasicristalinas. O nmero de ouro definido pela seguinte relao

matemtica:

=+5

= ,6833, eq. 2.1

Que a soluo positiva da equao:

= , eq. 2.2

fcil observar, num diagrama de difrao eletrnica de uma fase icosaedral, a

presena de uma simetria pentagonal (Figura 2.4-b). Quando os pontos de difrao so

conectados entre si, pentgonos regulares sobressaem-se. A relao do comprimento da

diagonal com o seu lado igual ao nmero de ouro [Figura 2.4-a). Os padres de difrao

dos quasicristais apresentam uma simetria de inflao (crescimento) a relao das

distncias at a origem dos dois pontos mais intensos ao longo dos eixos pentagonais,

Figura2.4, um nmero irracional. Para uma fase icosaedral, este nmero uma parte

inteira do nmero de ouro. O padro de difrao deixa aparente pentgonos regulares

(com pontos alinhados entre eles). A diagonal de um pentgono serve de base para a

construo do pentgono seguinte. Este novo pentgono ter ento uma diagonal 2. A

distncia entre dois pontos sucessivos seguindo uma mesma direo acrescida de um

valor . Logo uma simetria de crescimento ento observada para este tipo de estrutura.


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Figura 2.4(a) Relao geomtrica de um pentgono regular: a diagonal proporcionalao nmero de ouro, (b) Pentgono sobre um diagrama de difrao de eltrons de uma

fase de estrutura icosadrica [KENZARI, 2006].

2.3.2 QUASICRISTAIS UNIDIMENSIONAIS

Embora os cientistas logo explicassem os difratogramas, fazendo uso de eixo de

simetria proibida (cinco, oito, dez e doze), que tipificam a estrutura quasicristalina, no

ficavam evidentes como os tomos se organizavam para preencher este espao

aperiodicamente. Uma construo matemtica unidimensional trouxe uma resposta

imediata para o problema e ajudou a entender a natureza da ordem aperidica

quasicristalina, a sequncia de Fibonacci. Essa srie consiste em uma sucesso de dois

objetos, s vezes simbolizada por dois elementos de linha reta, sendo um longo (L) e outro

curto (C), que crescem seguindo regras de substituies simples. Uma construo deste

tipo encontra-se exemplificada na Figura 2.5 [ROUXEL, D., et. al., 2006].


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1 -L

2 - LC

3 - LCL

5 - LCLLC

8 - LCLLCLCL

9 - LCLLCLCLLCLLC, etc.

Ou ainda:

Figura 2.5 - Representao da srie de Fibonacci [ROUXEL, D., ET al., 2006].

O nmero de L ou C de cada etapa a soma de L (ou C) das duas etapas

precedentes. O nde L nde C , toma os valores sucessivos (1/1, 2/1, 3/2, 5/3, 8/5,13/8,...), esta razo tende, curiosamente, ao n de ouro [JANOT, C., et. al. 1998). Atravs

do nmero de ouro (nmero irracional eq. 2.3) podemos definir a distncia entre os

planos. A Figura 2.6 mostra a variao do espaamento interplanar de uma amostra

quasicristalina sendo influenciada pelo nmero de ouro.

= + 5 = .68 eq. 2.3

Figura 2.6 - MET do quasicristal com eixo de simetria de ordem cinco. A simetriapentagonal e uma repetio infinita com razo igual ao nmero de ouro [SORDELET,

D.J., 1997]


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A sequncia apresentada na Figura 2.5, embora infinita, nunca se torna peridica,

mas ordenada, visto que cada etapa de formao depende de duas etapas precedentes.

A construo da estrutura quasicristalina se d por substituio, utilizando a srie de

Fibonacci como regra de crescimento. Pode-se, dessa forma, concluir que a estrutura

quasicristalina instvel, quando comparada aos cristais num espao unidimensional.

2.3.3 OS QUASICRISTAIS BIDIMENSIONAIS

Os quasicristais bidimensionais so peridicos em uma direo e aperidico em

seu plano complementar. sabido que impossvel completar um plano com Figurascom simetria de ordem 5 ou 10, pois o espao preenchido sempre fica com vazios. Porm

o matemtico R. Penrose, demonstrou que possvel preencher o plano com Figuras que

obedecem a simetria de ordem 5 utilizando, para isto, pelo menos duas Figuras

elementares [PENROSE, R., 1974]. A Figura 2.7 apresenta um exemplo tpico de plano

quasiperidico em duas dimenses, sem espaos vazios. Observa-se na ilustrao que

possvel a construo de um ladrilho com dois tipos de Figuras geomtricas elementares

de tal modo que o conjunto no peridico (no h simetria de translao), existindo, no

entanto, simetria de rotao do pentgono [PENROSE, R., 1974). No ladrilho apresentado

na Figura 2.7, com tamanho infinito, a relao entre o nmero do losango A (em amarelo)

sobre o nmero do losango B (em azul) igual ao nmero de ouro [STIHLE, A., 2007].

Figura 2.7 - Ladrilhos de Penrose construdos com 2 Figuras geomtricas elementares[STIHLE, 2007].


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Nas ligas reais, aquelas que apresentam fases decagonais correspondem aos

quasicristais bidimensionais. Estas fases possuem planos quasiperidicos empilhados

periodicamente segundo uma direo [BENDERSKY, L., 1985]. A Figura 2.8 ilustra a

seo perpendicular de um eixo decagonal numa liga de AlCoNi.

Figura 2.8Seo perpendicular de um eixo decagonal de uma liga de AlCoNi

Para descrever as fases aproximadas das fases decagonais, imagina-se um motivo

que se assemelha com aquele descrito por Penrose, mas que, no entanto, repetem-se

periodicamente no plano. Estes so denominados, tambm, cristais peridicos de grandes

retculos. Neles a ordem local similar quelas dos quasicristais. Lembrando, como j

citado, que as fases aproximadas e as quasicristalinas pertencem s ligas intermetlicas

complexas. Tanto as fases quasicristalinas como as fases aproximadas so observadas em

numerosos sistemas. Estas so, frequentemente, observadas em composies qumicas

vizinhas dos quasicristais e podem pertencer a todos os sistemas cristalinos conhecidos

[DUBOIS, 2005]. Um exemplo de ligas aproximadas Al70Ni15Co15 (ortorrmbica)

que muito prximo da sua correspondente quasicristalina l71,Ni14,o14, o que

comprova a pontualidade qumica das ligas quasicristalina [TSAI, A.P, 1987].

2.3.4 QUASICRISTAIS TRIDIMENSIONAIS

Os quasicristais tridimensionais so aperidicos nas trs direes espaciais: so as

fases icosaedrais. Estes quasicristais detm simetria (m35). Os icosaedros possuem 20

faces triangulares equilaterais com 12 vrtices e 30 arestas. Este grupo espacial se

comporta 1 eixo de simetria de ordem 5 a cada vrtice, 10 eixos de simetria de ordem 3

no centro de cada face, 15 eixos de ordem 2 no meio das arestas e um centro de inverso.


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Existem outros poliedros no qual o grupo de simetria o mesmo dos icosaedrais, como

os dodecaedros e icosidodecaedros. Na Figura 2.9, possvel observar a representao de

um icosaedro e de um dodecaedro.

Figura 2.9Representao de um icosaedro e de um dodecaedro [Passos, 2006].

Os icosaedros possuem simetria de rotao, no espao recproco da ordem de 5, 3

e 2. Exemplos de quasicristais tridimensionais estveis: Al62Cu25,5Fe12,5 [CFC),

Al51Cu12,5Li36,5, Al70Pd21,5Mn8,2, etc.

2.3.5 FASES APROXIMADAS

Reforando os conceitos j especificados nos tpicos anteriores, as fasesaproximadas so fases cristalinas, onde a sua micro-estrutura, curtas distncias, bem

prxima do seu quasicristal correspondente. No entanto, apresentam ordenao

periodicidade longo alcance. Deste modo, trata-se de cristais de grandes retculos.

Foram descobertos dentro do domnio de composies vizinhas s dos quasicristais.

Logo, uma pequena fuga de composio durante o processamento pode ser suficiente para

transform-los em aproximantes.

Estas estruturas tambm podem ser descritas pelo mtodo de corte (mthode decoupe). Relembrando os conceitos citados: se a inclinao (tg) for um nmero racional,

trata-se de um cristal aproximado. Os aproximantes so deste modo, compostos

cristalinos em que a composio e as propriedades so similares as dos quasicristais, mas

que so, no entanto, fases cristalinas no sentido mais clssico do termo. Na realidade so

denominadas de fases aproximadas, pois a ordem local a curta distncia, dos seus

grandes retculos peridicos, so muito prximas dos quasicristais puros. A anlise por

difrao de raios X ou por difrao de eltrons permite diferenciar os quasicristais dos

cristais aproximados [SIHLE, A., 2007].


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2.3.6 SISTEMA Al-Cu-Fe: EM EQUILBRIO

O diagrama de Al-Cu-Fe foi inicialmente estudado por Bradley. Em seus

trabalhos, eles discutiram a ento desconhecida fase , como sendo luFe, e na mdia

da regio Al65Cu22,5Fe12,5. Para eles estas fases eram formadas pela reao perittica das

fases 2-AlFe3com o lquido remanescente. A Figura 2.10 mostra o diagrama de fases

Ternrio da liga de AlCuFe rica em alumnio.

Figura 2.1014 - Diagrama de fases Ternrio da liga de AlCuFe rica em alumnio

FAUDOT, J., et al., 1991, esquematizaram outro diagrama pseudo-binrio. Neste,

observou-se uma faixa estreita de composio para a fase quasicristalina sendo esta de

Al(61,75-64) Cu(24-24) Fe(12-12,75). Neste caso a fase quasicristalina obtida pela reao

perittica da fase l(u,Fe), a fase -Al3Fe e o lquido remanescente a uma temperaturade 860C [PASSOS, T., 2006]. No caso da liga de composio de Al65Cu22.5Fe12.5, a faixa

de temperatura de recozimento para promover a reao perittica, est em torno de 600C

a 800C. A fase quasicristalina, na temperatura ambiente, ocorre com a presena da fase

-l1Fe4, tambm em equilbrio com a fase -Al5(Cu,Fe)5 . Isto foi observado pela

primeira vez por VAM BUUREN et al., 1991. As fases que constituem o sistema ternrio

AlCuFe esto resumidas na Tabela 2.2, onde est indica, igualmente, a estrutura das fases

[HUTTUNEN-SAARIVIRTA, 2004].


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Tabela 2.2Fases do sistema AlCuFe [PASSOS, 2006].Fase Estrutura

AlCuOrtorrmbica tipo Ni2Al3

AlCu(Fe)

Al2Cu - Tetragonal

Al7Fe2 - Ortorrmbica

1 2 Al3Fe com diferentes quantidades de cobre dissolvido.

Al13Fe4 - Monoclnica

Al5Fe2 - Monoclnica

1 AlFe3 - CCC

Al5(Cu,Fe)5, AlFe(Cu) - Cubica (tipo CsCl)

Al Cu Fe tipo Ni2Al3

Al18Cu10Fe

Al6Cu2Fe - Icosaedral

Al7Cu2Fe - Tetragonal.

2.3.7 LIGAS DE AL-CU-FE-B

Muitos estudos [Janot, C., 1998, STEBUT, J., 1996, Sordelet, D.J., et al., 1998]

indicam que a maioria dos QC's so muito frgeis em temperatura ambiente e muito fceis

de serem fraturados, mesmo tendo sido submetido a uma deformao muito pequena. Em

alta temperatura, A1-Cu-TM CQs (TM = Fe-B, Cr, Si) mostram uma elevada plasticidade

aps compresso. Para as ligas quasicristalinas de Al-Cu-Fe, uma pequena quantidade da

adio de boro pode modificar a sua estrutura e melhorar significativamente o resistncia

fratura dos materiais. Geralmente, como os quasicristais carecem de deformao

plstica temperatura ambiente, mais difcil interpretao da tenacidade fratura de

QCs do que o de outras ligas comum. XI-YING et al. (2003), por meio da tcnica de

indentao Vickers encontraram, o Mdulo de elasticidade, a microdureza e a tenacidade

fratura da liga quasicristalina Al59Cu25,5Fe12,5B3, com valores de 134GPa, 6.5GPa e


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1.36MPa.m1/2, respectivamente. Observou-se que o tamanho radial da sua trinca de

cerca de 250 - 500mn. Eles chegaram a concluso, com isso, que a iniciao da trinca e

sua propagao depende de sua microestrutura, na qual existe microtrincas pr-existente

e um pequeno nmero de poros. A falha da fratura deste QCs induzido pela indentao

pode ter ocorrido pela existncia das falhas intergranular e as falhas transgranular.

2.3.8 PROPRIEDADES DOS QUASICRISTAIS

Toda aplicao tecnolgica de um certo material depende de suas propriedades.

No caso dos quasicristais o interesse advm, principalmente, de suas propriedades fsico-

qumicas paradoxais para sistemas metlicos, e de suas propriedades eletrnicas, alm,

evidentemente, de suas caractersticas macroestruturais mpares. As principais so: os

quasicristais so materiais metlicos, mas agem quase como isolantes para eletricidade e

conduo de calor. Esses materiais so muito duros e resistem e ao desgaste e possuem

baixo coeficiente de frico. Tambm no desgruda da superfcie a que est aderida

facilmente, como ocorre com o teflon, de forma que as pessoas usam-nos para recobrir

frigideiras e panelas, mas, ao contrrio do teflon, se voc o raspa com uma faca, eles no

se soltam e no se desgastam. Outra aplicao, importante e muito til criar um material

em que, no seu interior, faz precipitar partculas muito pequenas de quasicristais, para

desta forma melhorar substancialmente as propriedades mecnicas daquele material. Um

exemplo o ao comercial produzido na Sucia sob patente de uma companhia chamada

Sandvik. Eles produzem comercialmente um ao inoxidvel com pequenas partculas de

quasicristais, extremamente forte e duro, que usado em hospitais e barbeadores eltricos.

Outros usos para os quasicristais esto em adicionar pequenas esferas desse material em

plsticos, desta forma, consegue-se fazer com que o plstico no se desgaste tofacilmente. Por exemplo, muitos aparelhos tm engrenagens de plstico, como,

ventiladores e batedeiras e, se for adicionado quasicristais em p nestes materiais, eles

no se desgastaram e duraram por muito mais tempo. Os Quasicristais ricos em alumnio,

por exemplo, tm condutividade eltrica muito baixa, quando comparada com ligas de

base alumnio cristalinas ou amorfas a baixas temperaturas. Alm do mais, essa

condutividade diminui com o aumento da temperatura, contrariando o comportamento

dos metais comuns. Sua condutividade trmica muito baixa [ROUXEL, D., 2006]. Embaixas temperaturas, as ligas quasicristalinas i-AlCuFe e i-AlPdMn tm propriedade


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trmica semelhante de alguns xidos, tais como os de Zircnia, que so considerados

excelentes isolantes. Os materiais quasicristalinos ainda possuem boa resistncia

corroso e oxidao. Curiosamente, os quasicristais detm elevada fragilidade e so

quebradios. Todavia, a partir de cem graus, at temperaturas abaixo do ponto de fuso,

tornam-se superplstico [KANG, S.S est al., 1992]. Uma interpretao desta fragilidade

que suas estruturas no apresentam os planos de escorregamento tradicionais, o que os

torna de difcil deformao e, o movimento das linhas de discordncia levaria destruio

da rede quasiperidica. Finalmente, alguns dos QC ricos em alumnio apresentam dureza

muito elevada, comparveis a de ligas metlicas cristalinas das mais duras [ROUXEL,

D., 2006].

Uma das grandes vantagens dos materiais quasicristalinos a unio de

propriedades superficiais excepcionais, o que chamou muito a ateno dos pesquisadores.

O estudo das propriedades superficiais relativamente recente, sendo bem explorada

desde 1993 particularmente por Dubois em Nancy [ROUXEL, D., 2006]. Das

propriedades dos materiais quasicristalinos, talvez a mais notvel seja a baixa energia

superficial, com valores entre 0,5 e 0,8N/m (molhabilidade de lquidos) e baixo

coeficiente de atrito. Estas duas propriedades esto diretamente relacionadas com a

estrutura eletrnica dos quasicristais. As ligas icosaedrais Al-Cu-Fe so de grande

interesse comercial por apresentarem baixo coeficiente de atrito, elevada dureza e boa

resistncia a [KIM, K.B., et al., 2001]. Estas ligas apresentam, ainda, baixo coeficiente

de expanso trmica e elasticidade, caracterizada pelo Mdulo de Young, prxima dos

metais comuns [PASSOS, T. A 2006]. Essas propriedades superficiais citadas acima,

juntamente com a fragilidade inerente aos materiais quasicristalinos, fazem com que os

quasicristais sejam timos materiais para serem usados para recobrir a superfcies de

materiais que precisem que suas superfcies sejam reforadas com algumas propriedades

que os quasicristais possam oferecer, como por exemplo, baixo atrito, resistncia acorroso, alta dureza e etc.

Na tabela 2.3, podemos ver os valores da dureza e coeficiente de atrito para vrios

materiais, inclusive para os quasicristais macios e os usados como revestimentos.


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Tabela 2.3 - Valores de dureza e coeficiente de frico para diversos materiais[SHAOETURA, D. S2007]

MaterialMicrodureza HV, GPa

Coeficiente de frico

ao Diamante

Alumnio 0,87 0,55 0,23-0,37

Ao 1,2 0,22 0,11-0,32

Cobre 0,48 0,24 0,12-0,42

Quasicristal

Al65Cu20Fe15 5,2 0,14 0,15-0,19

Quasicristal

Al64Cu18Fe8Cr85,5 0,17 0,1-0,17

Quasicristal

Al67Cu9Fe10,5Cr10,5Si37 0,13 0,09-0,17

Camada Quasicristalina

Al65Cu20Fe15 5,4 0,19 0,008-0,2


Al64Cu18Fe8Cr85,5 0,22 0,07-0,22


Al67Cu9Fe10,5Cr10,5Si35,8 0,19 0,07-0,23

Ainda em relao dureza, que uma das propriedades dos revestimentos

quasicristalinos mais explorada, Dubois et al., [DUBOI, J.M. et al., 1991], tambm

concluram que os revestimentos contendo uma quantidade significativa de fases

quasicristalinos podem oferecer uma alternativa interessante para o reforo da superfcie

de materiais metlicos macios, j que eles so duros (HV


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quasicristais tornam-se bons candidatos para aplicaes de desgaste leves. Alm disso, as

ligas quasicristalinas so termicamente estveis e a suas composies podem ser ajustadas

com o propsito de usa-los em algumas aplicaes resistentes corroso.

Na tabela 2.4, que mostra os valores de condutividade Trmica, podemos ver que

esta propriedade nos quasicristais menor do que a de cobre por um fator de 200, muitas

vezes, dependendo da liga, menor do que de ao inoxidvel, e comparvel com o de

slica fundida. A condutividade trmica muito baixa pode ser uma propriedade valiosa,

especialmente em combinao com um baixo coeficiente de atrito e a plasticidade a altas

temperaturas.

Tabela 2.4 - Condutividade Trmica de alguns materiais [SHAOETURA, D. S2007]

Material Condutividade trmica W.m-1.K-1

Cobre 400

Ligas de Alumnio 92-220

Ao Inoxidvel 14-88

Liga quasicristalina i-Al65Cu20Fe152

Liga quasicristalina icosaedral Al-Mn-Pd 1.6

Liga quasicristalina icosaedral Al-Pd-Re 0,8

Slica fundida 1,36

Resultados dos experimentos pticos em quasicristais icosadricos demonstraram

uma diminuio significativa na magnitude ou mesmo ausncia do pico de Drude

convencional na condutividade ptica, visto que em frequncias mais elevadas este pico

observado [HOMES, C. C., 1991], indicando um efeito muito intenso na interbanda das

transies eletrnicas. A reflexo de todos os quasicristais icosadricos altamente estveis


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e ordenados cerca de 0,6 e praticamente independente no comprimento de onda na

faixa de 0m a 00 nm [HOMES, C. C., 1991; DEGIORGI, L., et al, 1993]

2.4 ASPERSO TRMICA

No incio, o uso do processo dos revestimentos metlicos era de carter

meramente decorativo, utilizando Ouro em funo de seu brilho, cor e resistncia. Este

era processado em folhas bem finas atravs do forjamento e estas folhas podiam ser

aplicadas nas superfcies atravs de um adesivo. No incio do sculo XX, o pesquisador

Suo, Max Ulrich Schoop, fez as primeiras experincias de deposio de camadas onde

esses pesquisadores construram um aparelho que consistia de um compressor para suprir

ar, sendo aquecido ao passar atravs de uma serpentina tubular. O ar era empregado para

impelir o metal fundido oriundo de uma panela e ejet-lo como um fino borrifo, que

deveria aderir a uma superfcie preparada para receb-lo. A primeira inteno destes

pesquisadores foi obter revestimentos aderentes. Os processos com metal fundido e p

foram criados em 1910 e dois anos mais tarde Schoop produziu o primeiro aparelho para

asperso de metal slido na forma de arame. Durante a segunda Guerra mundial o

desenvolvimento da asperso trmica foi muito grande, quando a matria prima foi

reduzida e o reaproveitamento das peas e componentes era imprecendvel [LIMA, C., et

al., 2007].

2.4.1 PRINCPIOS E DEFINIES

Asperso Trmica um grupo de processos onde materiais metlicos ou no-metlicos, finamente divididos, so depositados em uma condio fundida ou

semifundida sobre um substrato preparado, formando um depsito aspergido [AWS,

1985]. A natureza do processo sinrgica, ou seja, existem diversas variveis e

componentes envolvidos que, quando atuando juntos e propriamente aplicados, a

qualidade dos revestimentos melhor. O material de revestimento pode estar na forma de

p, vareta, cordo ou arame. Na Figura 2.11 ns vemos o esquema do processo de

asperso pelo mtodo high velocity oxi fuel (HVOF).


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Figura 2.11Esquema do processo de asperso tmica HVOF

A pistola de asperso gera o calor necessrio utilizando gases combustveis ou um

arco eltrico. Quando os materiais slidos so aquecidos, mudam para um estado plstico

ou fundido e so acelerados por um gs comprimido. As partculas colidem com a

superfcie do substrato e torna-se aplainadas, formando finas partculas lenticulares que

resfriam, se conformam e aderem nas irregularidades da superfcie preparada e entre si,

formando uma estrutura lamelar. A ligao entre o depsito aspergido e o substrato pode

ser mecnica, metalrgica, qumica, fsica ou uma combinao destas formas. Muitos

metais, cermicas, compostos intermetlicos, alguns plsticos orgnicos e certos vidros

podem ser depositados por um por um ou mais processos de asperso trmica [LIMA, C.,

et al., 2007].

2.4.2 CLASSIFICAO DOS MTODOS DE DEPOSIO

Os processos de asperso so classificados em dois grupos bsicos de acordo com

o mtodo de gerao de calor e que pode ser subdividido de acordo com o tipo de processo

[AWS, 1985]:

I. GRUPO I OU DE COMBUSTO

Combusto por chama convencional

Usa energia qumica de combusto de um gs combustvel em oxignio como

fonte de aquecimento para fundir o material de revestimento. Quando utiliza p como


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consumvel, o mtodo chamado de asperso por chama de p (flame powder spray) e

no caso de consumvel estar na forma de arame, denominado de asperso por chama de

arame (wire flame spraying).

Oxicombustvel de alta velocidade

O processo de asperso oxicombustvel de alta velovidade, mais conhecido como

HVOF (High velocity oxigen fuel) foi desenvolvido no final da dcada de 1970 e comeo

de 1980 [PAWLOWSKY, L., 2008). Nos sistemas HVOF de primeira e segunda gerao,

a combusto ocorre na faixa de 3-5 bar e a chama alcana uma velocidade supersnica no

processo de expanso no bocal de sada. Os de terceira gerao operam com presses de

combusto mais altas, de 6-10 bar. Sua construo permite alcanar maiores velocidades

de partculas quando comparadas com as velocidades dos outros dois sistemas [Sobolev,

V. V., 2004].

Neste processo, o gs combustvel queimado com oxignio a alta presso,

gerando um jato de exausto de alta velocidade. O combustvel , usualmente, o propano,

o metil-propadieno ou hidrognio. O combustvel escolhido misturado ao oxignio e

queimado em ua cmara de combusto. Os produtos de combusto so liberados e se

expandem atravs de um bocal, onde as velocidades se tornam supersnicas. O p,

colocado em um compartimento aquecido e acelerado para fora do mesmo. A cmara e

o bocal so refrigerados a gua.

Em virtude do grande sucesso deste mtodo, diversas inovaes tm sido

implementadas, gerando novas variaes. Temos o exemplo da tecnologia de ultra-

revestimentos contra corroso, que baseado no HVOF, usando Hidrognio como gs

combustvel. Outra inovao baseada no HVOF o chamado sistema HVAF (High

velocity air fuel). Nesse, o ar, ao invs do oxignio, sustenta a combusto em conjuntocom o combustvel lquido, e este mesmo fluxo de ar usado para resfriar a tocha, ao

invs da gua. Este processo oferece reduo de custos [LIMA, C., et al., 2007].

Outra novidade do processo HVOF o chamado HVIF (Hipersonic velocity

forging), onde as temperaturas dos gases so expandidas e mantidas baixas o suficiente

para evitar a fuso de qualquer das menores partculas de p alimentado. A converso da

energia cintica para calor no impacto permite a fuso do revestimento apenas neste

momento, resultando em baixa porosidade e mnima quantidade de xidos aprisionados.


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Outra variao o HFPD (High frequency pulse detonation spraying). O processo

baseado nos conceitos de propulso pulsada de aeronaves e no tradicional de asperso

por detonao. Uma caracterstica deste processo sua capacidade de produzir

revestimentos de xidos cermicos extremamente densos. Por exemplo, a dureza de

revestimentos de Alumina da ordem de 1000-1100 HV0,3e, para depsitos de xido de

Cromo, entre 1500 e 1600 HV0,3.

Asperso a frio ou Cold Spray

O recente processo de asperso a frio um processo de deposio de material no

qual revestimentos so aplicados pela acelerao de ps de metais dcteis a velocidade

de 300 a 1200m/s, usando tcnicas de dinmica de gs, como Hidrognio, Nitrognio ou

Hlio. As temperaturas do processo so relativamente baixas, 0 a 800C. O processo pode

alcanar taxas de alimentao de p de at 14Kg/h, trabalhando tipicamente com 3 e

5Kg/h [LIMA, C., et al., 2007].

Devido s elevadas velocidades das partculas e consequente altssima energia

cintica, no impacto com o substrato, ocorre deformao plstica no estado slido e fuso,

produzindo revestimentos muito densos, sem que o material de alimentao seja aquecido

significativamente.

Devido ao seu princpio de construo do revestimento por impacto-fuso, o

processo clod spray limitado deposio de metais dcteis e ligas (Zn, Sn, Ag, Cu, Al,

Ti, Nb, Mo, NiCr, CuAl, ligas de Ni e MCrAlYs), polmeros ou compsitos com mais de

50% de materiais dcteis com metais frgeis ou cermicas.

As principais vantagens dos revestimentos aplicados por Cold Spray so: retm as

propriedades das partculas origianais; baixo contedo de xidos; alta densidade; alta

dureza; tenses residuais compressivas; revestimentos espessos e depsitos sobremateriais dissimilares.

Asperso por detonao (D-Gun)

Utiliza energia de exploso de misturas oxignio-acetileno para aquecer e impelir

materiais em p para a superfcie do substrato que ser revestido. O depsito extremamente duro, denso e bem aderente.


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II. GRUPO II OU AQUECIMENTO ELTRICO

Plasma de arco no-transferido (APS)

Plasma de arco no-transferido (APS), utiliza o calor de um arco plasma para

fundir os materiais de revestimentos, na forma de p. O termo arco plasma empregado

para descrever uma famlia de processos de trabalhos em metais que usam em arco

eltrico constringido para fornecer energia trmica de alta densidade.

Na asperso por plasma, um arco eltrico no transferido constringido entre

um eletrodo de Tungstnio coaxialmente alinhado e um bocal inerte ionizado, envolvido

por um ou mais gases inertes de proteo (colocar Figura). Durante o aquecimento, o gs

parcialmente ionizado, produzindo um plasma. Quando esse sai da pistola, molculas

dissociadas de um gs diatmico recombinam e liberam calor. O p introduzido no

plasma, fundido e propelido para o substrato atravs de um fluxo de alta velocidade. O

contedo de calor, as temperaturas so controladas pelo tipo de bocal, corrente do arco,

razo de misturas dos gases e taxa de fluxo de gs. O arco opera com Corrente contnua

de uma fonte de energia tipo retificadora [LIMA, C., et al., 2007].

Plasma de arco transferido (PTA)

A asperso Trmica por arco Transferido adiciona ao processo de asperso a

plasma a capacidade de aquecimento e fuso superficial do substrato. , praticamente,

uma combinao de soldagem e asperso trmica. Neste, uma corrente secundria

estabelecida entre o eletrodo e a tocha e a pea de trabalho condutora (substrato). A fuso

superficial e a profundidade de penetrao so controladas pela corrente do arcosecundrio. O material de adio pode estar na forma de p ou arame.

Entre as vantagens resultantes deste aquecimento direto, citam-se ligao

metalrgica, alta densidade dos revestimentos, elevadas taxas de deposio e maiores

espessuras por passe. A ausncia de escria e a presena de uma atmosfera de proteo

gasosa permitem um revestimento uniforme e livre de impurezas. Ainda, neste processo,

menos energia necessria, quando comparado ao arco no-transferido. Para aplicao

de alguns carbonetos, por exemplo, a asperso por plasma de arco transferido usa em


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torno de 5% da energia necessria no arco no-transferido, para o mesmo volume de

deposio.

Umas das limitaes deste processo o fato de haver aquecimento e fuso

superficial do substrato como parte do processo, com isto, alguma alterao estrutural

inevitvel.

Arco Eltrico

Na asperso trmica a arco eltrico, EAS (electric arc spraying), tambm

conhecido como arco de arame, WAS (wire arc process), dois eletrodos consumveis de

arame, que so isolados um do outro, avanam automaticamente para se encontrar em um

ponto em uma nvoa de gs atomizador. Uma diferena de potencial entre 18 e 40V

aplicada atravs dos arames, iniciando um arco eltrico que funde as pontas dos arames

eletrodos. Um gs, usualmente ar comprimido, dirigido atravs da zona do arco,

atomizando o metal fundido e projetando as partculas sobre um substrato preparado. Para

aplicaes especiais, gases inertes podem ser usados, com a finalidade de reduzir a

oxidao dos revestimentos.

Este processo difere dos outros processos de asperso trmica nos quais no h

fonte externa de calor, tais como chama de gs ou plasma induzido eletricamente.

A asperso a arco eltrico apresenta normalmente apresentam maiores taxas de de

asperso do que os outros processos [LIMA, C., et al., 2007].

2.4.3 CAMADAS QUASICRISTALINAS OBTIDAS POR ASPERSO

TRMICA.

necessrio, em muitas ocasies, melhorar as propriedades superficiais de um

material, principalmente no que se refere a dureza, atrito, resistncia ao desgaste ou

corroso. Podemos citar inmeros exemplos de ocasies onde extremamente necessria,

por exemplo, a proteo de uma superfcie em relao ao desgaste e a corroso. Para citar

um, podemos dar como exemplo as tubulaes de Petrleo e gs. extremamente

importante que o material da superfcie usado nessas tubulaes seja resistncia ao

desgaste e corroso impostos pelas condies ambientais. Esta melhoria da superfcie


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destes materiais pode ser obtida atravs da aplicao de um material duro e mais resistente

corroso na superfcie[SHIELD, J.E., 1997].

Os Quasicristais, despertam muito interesses pelas propriedades fsicas que

podem torn-los teis como material de revestimento. Para citar algumas dessas

propriedades temos a elevada dureza e mdulos de elasticidade, baixo coeficiente de

atrito, resistncia ao desgaste e corroso [WITTMAN, R., et al. 1991; KANG S.S., et al.,

1992; CHEN, H.S., et al., 1988; KOSTER, U., et al., 1992; SHIELD, J.E., et al. 1993].

O fato de serem extremamente frgeis, facilitando o uso dos quasicristais em forma de p

e consequentemente como revestimentos. Os quasicristais a base de Alumnio, atualmente

so um dos mais estudados, tm uma elevada resistncia a corroso em meio aquoso e

uma condutividade trmica baixa. [DUBOIS, J.M., et al., 1992]. Vrios estudos de

revestiementos qusicristalinos, mais especificamente as ligas de AlCuFe, demonstraram

que elas tm um baixo coeficiente de atrito (


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pisto. A deposio do mesmo nos anis de vedao diminui o atrito entre as partes em

contato. Acredita-se que a aplicao de revestimentos quasicristalinos nos pistes do

motor reduzir o consumo de combustvel j que o revestimento diminuir a temperatura

da pea.

Desenvolvido por Lynntech, Inc., o mtodo de eletrodeposio conjunta de um p

quasicristalino em um eletrlito de nquel bastante promissor para depositar

revestimentos em panelas de alumnio, rolamentos, materiais rodante e peas de motor

[MINEVSKI, Z., et al., 2004].

A forte supresso do pico de Drude na condutividade ptica, ou seja, baixa

absoro e emisso na regio do infravermelho, e o elevado coeficiente de absoro na

faixa visvel do espectro (onde a radiao solar tem uma intensidade mxima)

combinados com as elevadas propriedades de estabilidade trmica e anticorroso dos

quasicristais icosadricos. Devido combinao destas propriedades, os filmes

quasicristalinos so promissores para aplicao prtica em absorvedores de radiao solar

seletivos com uma multicamada revestimento contendo uma pelcula quasicristalinas

como uma das camadas [EISENHAMMER, T., et al., 1997].

Revestimentos quasicristalinos obtidos por asperso trmica, com elevada dureza

e resistncia ao desgaste, esto sendo desenvolvidas para aplicaes no motor principal

de nibus espacial (SSME) como substitutos doe cromo para eletrodepositado (ED). Os

regulamentos ambientais tm imposto fortes restries sobre os processos de

eletrodeposio para deposio de cromo por causa da liberao associada do cromo

hexavalente (Cr+6), que um cancergeno humano conhecido.

Podemos ver, s com alguns exemplos, o quanto os quasicristais usados como

revestimentos podem ser importantes na indstria tecnolgica, e que estes revestime

tese - bruno guedes

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