2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO 2.2.3 …felipeb.com/unipampa/aulas/im/CAP02-06.pdf · pressão de injeção excessivamente alta 1,6,9 excessivam,ente baixa 2 ... reparo

TEMPERATURA

FLUIDEZ

PRESSÃO NA CAVIDADE

TAXA DE RESFRIAMENTO

Variáveis: temperatura de fusão do polímero

pressão de injeção

velocidade de injeção

geometria do molde

temperatura do molde


geometria do molde



temperatura de fusão


geometria do molde

temperatura de fusão

temperatura do molde

MOLDAGEM POR INJEÇÃO

2.2.3 FLUIDOPLÁSTICA2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO

Origem

emperatura do cilindro excessivamente alta 1,5,10

excessivamente baixa 2,9,12,15

pressão de injeção excessivamente alta 1,6,9

excessivam,ente baixa 2

pressão alta constante 1,7

patamar de pressão prolongado 1,7,11

patamar de pressão curto 2

baixo nível de pressão 2,8,9,14

tempo de injeção excessivamente longo 1,6,12

excessivamente curto 2

temperatura da matriz excessivamente alta 1,5,10

matriz fria 2,4,13,15

tempo injeção excessivamente longo 2,3,4,13

excessivamente curto 2

superfície da matriz excessivamente polida 3,15

curvatura da ferramenta não adequada 9

ejeção lenta 3,4

Problemas e defeitos

───────────────

1-a forma não é completada

2-a peça final não é ejetada

3-quebra das peças na entrada

4-o ejetor penetra no produto

5-superfície opaca

6-superfície torta

7-imperfeições em algumas áreas

8-material envolve a tubeira

9-marcas pronunciadas no molde

10-pontos pretos

11-buracos de contração

12-calcinação do produto

13-empenamento

14-superfície rugosa

15-resistência insuficiente



2.2.2.2 MOLDAGEM POR INJEÇÃO

Defeitos típicos:

2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO

sílica

TiB2

Peças diversas



Equipamentos industriais

injetora



Definição: processos de obtenção de revestimentos a partir da

deposição por jato (aspersão) de partículas aquecidas e

aceleradas contra um substrato.

2.2.4 ASPERSÃO TÉRMICA2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO

TIPOS


Característica comum: estrutura

lamelar do revestimento, parículas,

fundidas, não-fundidas, porosidade,

inclusões.

Espalhamento da partícula no choque contra o substrato

Microestrutura típica de um revestimento metálico:

lamelas, porosidade e inclusões de óxidos.


Aplicações: enorme variedade de revestimentos espessos,

multicamadas, partes livres, reparo dimensional, corpos de

sustentação livre. Pode-se aspergir metais, cerâmicos,

polímeros e compósitos.

Funções: desgaste, oxidação/corrosão, barreira térmica,

coeficiente de atrito, biocompatibilidade, propriedades elétricas,

opticas, magnéticas.

Critério de qualidade: propriedade objetivada e aderência!

Mercado: rápido crescimento (5-10% ao ano). Mercado de 1,35

bilhões de dólares (1997). Processos elétricos sustentaram o

crescimento.


Chama:

Plasma

HVOF

pó fio

Arco

D-gun

Chama:


SELEÇÃO DO MATERIAL E DO PROCESSO

Em termos de materiais, podemos considerar :

Para revestimentos metálicos: Arco Elétrico

Para revestimentos cerâmicos: Plasma spray

Para revestimentos de carbetos: HVOF

Porém existem comparações competitivas:

Para os revestimentos mais densos: HVOF

Para a operação mais simples: Arco Elétrico

Para a maior flexibilidade de processo: Plasma Spray

TODO PROCESSO TEM VANTAGENS E LIMITAÇÕES!


Temperatura Velocidade Aderência Densidade

da chama das partículasoC m/s

CHAMA SPRAY 2.200 90 regular baixa

PLASMA SPRAY ~15.000 300 boa 80-99%

HVOF 2.600 2.200 muito boa 90-99%


Polímero reforçado com fibra de carbono aspergido com Al2O3 (cor cinza)


Revestimentos de

hidroxapatita


MICROESTRUTURA DO REVESTIMENTO:

•Estrutura lamelar, paralela à superfície anisotropia. RM 5 a 10 vezes maior na longitudinal do que na transversal.

•Estrutura amorfa (metais vítreos) e fases metaestáveis incomuns: taxa de resfriamento (106 Ks-l).

•Inclusões: spray em atmosfera com ar: interações químicas - oxidação, mesmo superficial da partícula. Outros ex.: W reage com H2 e N2.

•Estrutura heterogênea: as lamelas têm diferentes tamanhos e aderência (partículas com diferentes tamanhos, temperatura e velocidade)

•Porosidade (em aspersões convencionais): 0,025% to 50%. Causas:

baixa energia no impacto (partículas não fundidas / baixa velocidade)

efeito sombra (partículas não fundidas / ângulo de aspersão)

efeito da contração e relaxação de tensões residuais

Modificação da natureza química e física. Interações podem modificar significativamente (química e fisicamente) o material de partida


Plasma spray TiO2: diferentes

tamanhos de lamelas.

REVESTIMENTO CERÂMICO: AL2O3:

partículas não fundidas


PROPRIEDADES: ASPERSÃO vs OUTROS PROCESSOS

•Porosidade: 1 to 25% normal

•Prejudicial para:

Corrosão - (selagem).

Acabamento superficial.

Resistência mecânica, microdureza e desgaste.

Interessante para:

Lubrificação - age como reservatório para lubricants.

Aumento de propriedade para barreira térmica.

Redução do nível de stress e aumento do limite para a espessura de camada.

Aumento da resistência ao choque térmica.

Aplicação em biomateriais.


TENSÕES NOS REVESTIMENTOS

•Resfriamento e a solidificação contração tensões trativas na

partícula e compressivas na superfície do substrato.

•Com o aumento da espessura do revestimento tensão superior a sua

aderência ou as forças coesivas, desprendimento do revestimento.

•Materiais com alta contração como aços austeníticos altos níveis de

tensão limitações na espessura máxima do revestimento.

•Revestimentos denso mais tensionados que os porosos.

•O método de aspersão e a microestrutura influenciam o nível de

tensionamento do revestimento.

• HVOF que produz revestimentos com baixa tensão e densos. Isto é devido

às tensões compressivas formadas pelas deformações mecânicas (similar

ao shot peening) durante o impacto da partícula, atuando contra as tensões

trativas devido à solidificação e resfriamento.



ÓXIDOS

•Revestimentos com óxidos são mais duros e mais resistentes ao

desgaste. Porém, diminuem propriedades mecânicas e usinabilidade.

TEXTURA DA SUPERFÍCIE

•Rugosas mas podem ser polidas

COMPORTAMENTO MECÂNICO

•Baixa resistência, ductilidade e resistência ao impacto.


ADERÊNCIA:

Os mecanismos de aderência entre o revestimento e o substrato, e entre as partículas

e o depósito já formado, é uma área de muito interesse e especulação.

A= Am + Aq + AvW + Ad - R

MECANISMOS:

Ancoramento mecânico (Am)

Depende do perfil/topologia da superfície, viscosidade, dilatação térmica, etc.

Difusão ou ligação metalúrgica (Ad) (+ para metais!):

Ocorre em escala limitada (0,5 µm max. Para uma região afetada pelo calor ~ 25µm)

Camadas que fundem: diferentes - refusão intensa difusão e ligações metalúrgicas.

Outros: adesivo, químico e físico: filmes óxidos, forças de van der Waals etc.

Restritos a alguns sistemas e menos intensos

Reações químicas: nem sempre atuam para aumenta a aderência!

Tensão residual

Em função das propriedades mecanoelásticas e da espessura da camada (A).


ADERÊNCIA:Fatores que afetam a aderência e o subseqüente aumento da espessura do depósito:

Limpeza e topografia ou perfil da superfície e área superficial

jateamento da superfície - aumento da área superficial e da reatividade: reações químicas e ancoramento mecânico

Temperatura (Et) e Velocidade (Ek)

dependem do pré-aquecimento do substrato, tempo e distância de aspersão

Et e Ek difusão: temperatura, velocidade, entalpia, massa, densidade, calor específico, etc.

Pré-aquecimento: T mas óxidos (A). HVOF: A pela E liberada pela Ek : Ex.: WC/Co).

Tempo taxa de reação & taxa de resfriamento, etc.: 106Ks-l - limitação para interações térmicas, espalhamento, difusão - dependente do tempo e temperatura

Propriedades mecanoelásticas, físicas

Geração de R = E..T T= f (difusividade térmica (H= K / .Cp) ou (r.Cpr.Kr)-1/ (s.Cps.Ks)

-1, taxa de resfriamento )

Reações físicas & químicas

Produtos da reação: novas interfaces compatibilidade material ?? A? ou A Novas interfaces!


CARACTERÍSTICAS DOS SUBSTRATOS

Rugosidade

Ponto de fusão

Composição química

Composição mineral

Módulo de elasticidade

Absorção de calor

Condutividade térmica, calor específico e densidade

Dilatação térmica

Calor latente de fusão

Calor específico

Limpeza

Geometria


CARACTERÍSTICAS DOS PÓS

Granulometria (distribuição de tamanho)

Fluidez

Composição química (reatividade com o meio e o substrato)

Composição mineral (transformações de fase)

Morfologia

Módulo de elasticidade

Absorção de calor (cor)

Condutividade térmica, calor específico e densidade

Dilatação térmica

Ponto de fusão

Calor latente de fusão


ESPESSURA DO PASSE

Plasma: alumina + 3% titania (X50). Espessura demasiada por passe causando delaminação.

Plasma: idem (X250) - outra técnica metalográfica.


Plasma spray de ZrO2: descascamento da camada por excesso de espessura por passe.


ESPESSURA DO PASSE

PARÂMETROS OPERACIONAIS

Tipo de gás (reatividade com o substrato e pós de aspersão)

Fluxo dos gases

Pressão dos gases

Taxa de alimentação dos pós

Distância de aspersão

Ângulo de aspersão

Atmosfera e pressão (vácuo)

Movimento da pistola

Alimentação dos pós (interna ou externa à pistola)


PLASMA: PARÂMETROS DE DEPOSIÇÃO

Corrente

Pressão de argônio

Pressão de hélio

Taxa de alimentação

Distância de deposição


HVOF: PARÂMETROS DE DEPOSIÇÃO

Fluxo de querosene

Fluxo de oxigênio

Dimensões do bico

Fluxo de nitrogênio

Taxa de alimentação

Distância de deposição

EXEMPLOS DE REVESTIMENTOS

Al2O3 Dureza alta, resistência ao desgaste a baixas temperaturas,

pode ser aspergida por chama e plasma (>densidade).

Al2O3+TiO2(13%) Densos, +duros, resistência à corrosão, cavitação e

erosão. Boa aderência

ZrO2+Y2O3(8%) Barreira térmica mesmo a alta temperaturas,

resistência a ciclos térmicos e à fluência, ao choque térmico e à

abrasão. Módulo de elasticidade é cerca de 60% do da alumina. Pode

ser aspergido por chama e plasma. Y2O3 promove a estabilização do

ZrO2, minimizando a formação de trincas e microtrincas.

WC+Co(12 ou 17%) Revestimentos duros muito densos e muito

resistentes ao desgaste. Co na matriz promove uma base elastica

aumentando a resistência ao desgaste. WC aumenta a resistência à

fricção.


PLASMA (plasma spray)






Gases: Ar, H, N2 eH2 (ou mistura destes)

Temperaturas: 7.000 a 20.000 K

O plasma é capaz de suprir a quantidade de energia necessária a

dissociação e ionização que ocorre com a temperatura.

N2 + E = 2N (molécula diatômica + energia: 2 átomos livres de N)

2N + E = 2N+ + 2e- (2 átomos livres de N + energia: 2 íons N + 2 e-)

O processo reverso: promove a maior parte da energia para o aquecimento

do material a ser aspergido sem queda significativa da temeperatura:

2N+ + 2e- = 2N + E

2N = N2 + E



•A pistola gera um arco elétrico que ioniza Ar (fluxo contínuo) entre um

ânodo de Cu (resfriado a água) e um cátodo de W

•Características: Plasma= gás condutivo. T Calor (ex. peça de 10 kg

T= 100°C)

•Potência: 40-100 kW

•Expansão dos gases pelo aumento da temperatura: aceleração das

partículas

•PTA: Plasma de arco transferido: entre plasma e solda com eletrodo

consumível (aplicável somente para metais)



(1) helium tube (plasma formation); (2) argon tubes (loader); (3) water pump (spray gun

cooling); (4) spray gun; (5) control panel; (6) current rectifier; (7) transformer; (8) spraying

powder feeder; (9) powder injection in spray gun



Equipamento

Indústria petroquímica

Plasma: aplicação em palheta de

turbina (ZrO2+Y2O3).



Versatilidade:

aspersão a

plasma de uma

turbina de

hidroelétrica in

loco.

Plasma aplicado na

superfície interna

de motores a

combustão (BMW)

PLASMA (plasma spray)2.2.4 ASPERSÃO TÉRMICA2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO

Plasma: aplicação

em palheta de

turbina (ZrO2+Y2O3).

Plasma spray: Al2O3+TiO2 (60/40)

Plasma spray: ZrO2 sobre AlNi (pistão)

PLASMA (plasma spray)2.2.4 ASPERSÃO TÉRMICA2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO

Plasma spray: WC 12% Cobalto

HIPERSÔNICO (HVOF = High Velocity Oxygen Fuel)2.2.4 ASPERSÃO TÉRMICA2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO

(1) oxygen (combustion gas); (2) kerosene (fuel); (3) operation panel; (4 and 5) Entrance and

exit of cooling water; (6) spray gun; (7) feeder; (8) cooling jacket of the spray gun nozzle

EQUIPAMENTO

HIPERSÔNICO (HVOF = High Velocity Oxygen Fuel)2.2.4 ASPERSÃO TÉRMICA2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO

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2.2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO: CONFORMAÇÃO 2.2.3 …felipeb.com/unipampa/aulas/im/CAP02-06.pdf · pressão de injeção excessivamente alta 1,6,9 excessivam,ente baixa 2 ... reparo