Tecnologias a plasma: Aplicações em componentes mecânicos e metalização de plásticos.

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Tecnologias a plasma

Aplicações em componentes mecânicos e metalização de

plásticos

Dr. Felipe de Campos Carreri

[email protected]

(31) 3489-2348

SENAI DR-MG

Belo Horizonte, 03 de Agosto de 2017

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Tópicos

Nitretação a plasma2

PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)

PVD (Physical Vapor Deposition)

3

4

Aplicações em componentes mecânicos5

Aplicações em metalização de plásticos6

Conclusões7

O que é plasma?1

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O que é plasma?

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O que é plasma?

Plasma!

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Tópicos




3

4



Conclusões7

O que é plasma?1

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Nitretação a Plasma

Fonte energia

elétrica-

+

Forno à vácuo

~ 550 °C

Componentes

Plasma nitrogênio

N2

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Nitretação a Plasma

Dureza HV

1200

400

Profundidade20 μm

Concentração N

20 %

H. Dong, International Materials Reviews v.55 n.2 (2010) 65-98

Aumento de dureza

Resistência à corrosão

Resistência ao desgaste

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Tópicos


PVD (Physical Vapor Deposition)4



Conclusões7

O que é plasma?1

3

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PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition)

Fonte energia

elétrica-

+

Câmara de vácuo

Temp. Máx. 250 °C

Camada DLC depositada

sobre componentes

Plasma acetileno

C2H2

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Tópicos




3

4



Conclusões7

O que é plasma?1

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PVD (Physical Vapour Deposition)

Fonte energia

elétrica+

-

Câmara de vácuo

Temp. Máx. 550 °C

Camada depositada

sobre componentes

Plasma argônio

Ar

Íon primário

Elétron

secundário

Átomo ejetado

Alvo

Alvo metálico

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PVD (Physical Vapour Deposition)

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Tópicos




3

4



Conclusões7

O que é plasma?1

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Aplicações em componentes mecânicos

33% da energia em um automóvel é

perdida devido à fricção e atrito

K. Holmberg, A.Erdemir, FME Transactions 43 (2015) 181-1854

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Grafite

Ligação sp2

Baixo atrito

+

Diamante

Ligação sp3

Alta dureza

=

DLC

(diamond-like-carbon)

Baixo atrito + alta dureza

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Aç

o r

áp

ido

Cro

mo

du

ro

Me

tal d

uro

(W

C/C

o)

Alu

min

a

TiN

TiC

DL

C

Dia

ma

nte

Aç

o/a

ço

Aç

o/

TiN

Aç

o/

Bro

nze

Aç

o/

Cro

mo

Du

ro

Aç

o/T

iC

Aç

o/D

LC

DL

C/D

LC

> 100

Dureza (GPa)

9 1015 16

23

28 30

Coeficiente de atrito

0,8

0,45

0,35

0,30,25

Aç

o/

Me

tal d

uro

0,2

0,10,05

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Pistão x anel de pistão

Eixo de comando x balancim Tucho de válvula x válvula

Virabrequim e engrenagens

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Engrenagens Custos

Engrenagem cementadaCustos

Engrenagem nitretada

Custo de engrenagem nitretada 30% < custo engrenagem cementada

Motivo: Eliminação do processo de retífica

Limitações: Dureza superficial e profundidade da camada

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Fundição, conformação e usinagem de alumínio

DLC

Evita problemas de adesão de

material

Motivo: Baixa energia de

superfície

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Cobre

Aplicações em metalização de plásticos

Processo de metalização de plásticos

eletroquímico (tradicional)

Multicamadas

– Cobre: nivelamento

– Níquel semi-brilhante: brilho

– Níquel brilhante: brilho

– Cromo: proteção

Variação nos processos dependendo do material

base e aplicação

Níquel multicamadas

Cromo

Substrato plástico

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Verniz


Processo de metalização de plásticos por plasma

(PVD)

Multicamadas

– Nivelamento (verniz/primer)

– Metal PVD

Variedade de cores – flexibilidade de design

Não utiliza nem cromo hexavalente, nem cromo

trivalente.

Camada PVD

Substrato plástico

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Legislação:

– A regulamentação européia REACH bane oficialmente, à partir de setembro de 2017, todos os processos que utilizem

soluções de cromo hexavalente (Cr6+) para produtos tanto fabricados na Europa quanto exportados para a Europa.

– Cromo hexavalente é altamente poluente.

– Já existe a tendência mundial, independente de legislações, para o fim do uso de cromo e níquel.

Saúde:

– Cromo hexavalente é altamente cancerígeno e níquel é alergênico.

– Deve-se evitar estes materiais típicos de processos eletroquímicos.

Ambiental:

– O processo a plasma é limpo, não utiliza qualquer tipo de solução química poluente, não gera resíduos e utiliza apenas

insumos inertes.

Custos:

– Não há gastos com tratamento de resíduos químicos.

– O custo por peça é competitivo e viável, caso a demanda e a produção sejam suficientes

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Plasma surface engineering in the automotive

industry – trends and future prospectives

Th. Lampe, S. Eisenberg, E. Rodríguez Cabeo*

Volkswagen AG, Zentrallabor 1437, Postfach, 38436

Wolfsburg, Germany

Surface and Coatings Technology 174 –175 (2003) 1–7

“O revestimento de refletores plásticos era feito

inicialmente com tecnologia de evaporação, que criava

uma camada de alumínio com refletividade maior do que

a antiga camada de cromo. Em um estágio posterior,

sputtering (PVD) se tornou o método escolhido para

fabricar refletores com alumínio. A tecnologia por

sputtering permite, devido às altas potências de 90 kW e

alta velocidade do processo, um ciclo de revestimento de

36 s. Componentes complexos podem ser revestidos

sem serem rotacionados devido à maior difusão do

material em comparação com a evaporação, e portanto,

não impondo nenhuma limitação ao design dos

componentes. A atual presença desta tecnologia no

mercado no segmento de refletores de alta qualidade

com vidro translúcido é aproximadamente 50 %.”

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Conclusões

Variedade de tecnologias:

– Nitretação

– PECVD

– PVD

Variedade de aplicações:

– Componentes mecânicos (redução de atrito, desgaste, aumento de eficiência)

– Ferramentas de usinagem

– Ferramentas de estampagem

– Metalização de plásticos (fuga de processos eletroquímicos com cromo hexavelente)

Ambiental:

– O processo a plasma é limpo, não utiliza qualquer tipo de solução química poluente, não gera resíduos e utiliza apenas

insumos inertes.

Flexibilidade de materiais:

– Metais diversos, cerâmicas, nitretos, carbetos, carbonitretos, óxidos, DLC. Variedade de cores e propriedades.

Custos:

– Não há gastos com tratamento de resíduos químicos.

– O custo por peça é competitivo e viável, caso a demanda e a produção sejam suficientes

– Pode haver redução de custos quando há eliminação de etapas em processos tradicionais (ex: retífica de

engrenagens)

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Agradecimentos

PUC Minas

Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies

Ohmini – Tecnologia Aplicada à Indústria e Pesquisa

Instituto SENAI de Tecnologia Automotiva

Tecnologias a plasma: Aplicações em componentes mecânicos e metalização de plásticos.

Technology

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