“Aplicações da Engenharia de Superfícies na IndústriaAutomotiva”
Prof. Dr. Carlos A. Figueroa - [email protected]
Laboratório de Engenharia de Superfícies e Tratamentos TérmicosUniversidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul-RS, Brasil
Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (Seção Caxias do Sul)
Plasmar Tecnologia - Equipamentos e processos de modificação de superfícies por plasmaCaxias do Sul-RS, Brasil - www.plasmartecnologia.com
Impactos ambientaisFonte: http://www.slideshare.net/Engenharia.de.Superficies/palestra-sinatora-simecs-15-06.
Evolução do número de patentes mundiais na área de engenharia de superfícies por plasma. Fonte: Derwent Innovations Index. Palavras-chave: surface, plasma, engineering.
Importância da Engenharia de Superfícies por Plasma
Engenharia de
Superfícies
Áreas do conhecimento:
FísicaQuímica
MatemáticaMecânicaMateriais
Nanotecnológica por definição:
Uma superfície é constituída de 2
dimensões macroscópicas e uma 3ra que está na ordem
dos nanometros !
Áreas de aplicação:
Metal-MecânicaÓptica
MicroeletrônicaBiomateriaisDecoração
O que é Nanotribologia?
É a ciência e engenharia da interaçãode superfícies em movimento relativo.
Inclui o estudo e aplicação dos princípios de atrito, lubrificação e desgaste.
Então, a nanotribologia envolve o estudo dos fenômenos que acontecem na interação de duas superfícies em movimento relativo
considerando as forças e efeitos do mundo atômico.
Cuidado: como qualquer área de nanotecnologia, os fenômenos a nívelnanoscópico são geralmente diferentes dos fenômenos a nível macroscópico.
1 nm = 10-9 m
Uma ligação química padrão possui um comprimento de 0,15 nm
Engenharia de superfícies – do Laboratório à Indústria
Empresa de base tecnológica incubada na ITEC(nasceu no LESTT da UCS)
Reator da Plasmar – 1 ton Peças recebendo tratamento
O Plasma em Ação na Nitretadora Industrial
Processos de engenharia de superfícies do tipo PVD (physical vapor deposition)
A gente viu o que é engenharia de superfícies e focou em processos a plasma....e daí????
E os automóveis?
Um processo para cada componente
Surface Treatments of Automotive Parts – Research and Applications, J. Vetter, J. Crummenauer, G. Barbezat und J. Avissar
Engenharia de Superfícies por Plasma
• Processos termoquímicos / difusão– NITRETAÇÃO– CARBONITRETAÇÃO– OXIDAÇÃO
• Recobrimentos– PVD– CVD– APS / TS
TiN / TiCNTiAlNCrNDLC
Trabalhos que quantificam as perdas energéticasem motores de combustão interna
Perdas Mecânicas
15 % do total são pelo atrito
1% do PNB = 17.000.000.000 R$
6% do PNB = 104. 000.000.000 R$
Brasil/Estimativa 2004
(PNB) 1.700 bi R$
Conhecimento existente:
20% redução
3.400.000.000 R$
20.800.000.000 R$
Perdas econômicas por desgaste e atrito
Relatório Jost e estudos posteriores
1 a 10% do PIB/PNB
Fonte: http://www.slideshare.net/Engenharia.de.Superficies/palestra-sinatora-simecs-15-06.
Exemplo: frota veicular paulistana
1 275 000 m2 / 82 875 000 R$Aço inox41 555 000 m2 / 15 582 000 R$Pinheiros
187.500 toneladasCO2 devido a atrito (15%)
250g/l / (1.250.000 t/ano)CO2 / CO2 total da frota 5 109X (250)g/l
1,5 109reais/anoValor perdido por ano por atrito em veículos na cidade de São Paulo (R$/ano) (2,0R$/l)
750 000 000 lVolume de combustível devido a perda por atrito
5 000 000 000 l/anoConsumo veicular anual médio (10 000km/ano x 5 000 000 veículos /10km/l
15%Perdas mecânicas por veículo
ValorFator
20% = - 37.500 t/ CO2 ano
Aplicações de materiais para eficiência energética: DLC é um dos mais importantes
Tuchos
Válvulas
Virabrequim
Eixo de comando de válvulas
Pistão
Anel de pistão
Pino de pistão
Autopeças de alto atrito e candidatas a serem revestidas por DLC
Outras candidatas: engrenagens, partes de bombas de fluídos e ar condicionado.
Que é Diamond-Like Carbon ?
É um material composto de carbono do tipo sp3 e sp2
Diamante
C-sp3
Material natural mais duro (10.000 HV)
Grafite (lápis)
C-sp2
Excelente lubrificante sólido
Aonde se aplica DLC atualmente ?
Cabeçote de leitura e superfície do HD
Motores de competição
Folhas para máquina de barbear
Vidros:Leitora de código
de barras
PROPRIEDADES DO MATERIAL (DLC)
Dureza (Vickers) 1.000-3.000 (ajustável)
Temperatura do processo de deposição 150°C
Coeficiente de atrito 0,1 – 0,01 (depende do conteúdo de H e lubrificante)
Espessura do revestimento 0,001-10 µm
Temperatura máxima de trabalho 500°C
Resistência química Quimicamente inerte: não reage com ácido nem com álcali.
Resistência elétrica 106-1012 ohm-cm (isolante)
Acabamento do revestimento Idêntico ao substrato
C. Donnet e A. Erdemir, Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Ed. Springer (2008)
(*)http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html
Exemplo de DLC em motores (Nissan Motors) – mecanismo de ação(*)
Exemplo de DLC em motores – mecanismo de ação(*)
(*)http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html
www.richterprecision.com/dlc-coatings.html
Tuchos Pistão
Empresas que revestem partes de motores com DLC
1. Richter Precision Inc. (EUA)
Tecnologia usada: HIPIMS (eles alegam que sãoos 1ros a usarem esta tecnologia)
Empresas que revestem partes de motores com DLC
2. Oerlikon Balzers (Liechtenstein)
Friction reduction in the valve train of a passenger car with carbon coating of tappetsTest method: Cylinder-head test stand, non-firedSource: Ford / INA
Fonte:http://www.oerlikon.com/ecomaXL/index.php?site=BALZERS_EN_valve_trains
Empresas que revestem partes de motores com DLC
2. Oerlikon Balzers (Liechtenstein)
Wear of cylinder liners with variously treated piston ringsTribometer: Cameron-Plint TE77Load: 8 MPaTemperature: 80°CTest duration: 6 hFrequency: 10 HzCylinder liners: Grey cast ironOil: Lubrizol TH 53303Treatments applied to piston-ring surface onlySource: Scania AB
Fonte: http://www.oerlikon.com/ecomaXL/index.php?site=BALZERS_EN_piston_rings