LINHA DE TRATAMENTO SUPERFICIAL APLICADA

ANTES DO PROCESSO DE PVD

Fernando Dias

Engenheiro de Produção, Diretor da empresa Enge Solutions.

RESUMO

A presente pesquisa fez uma análise entre prática e teoria, utilizando técnicas e

pesquisa de bibliografias na área de tratamento superficial aplicada antes do

processo de PVD(Phisical Vapor Deposition).

O tratamento superficial se dá por imersão em tanques apropriados para o processo.

Esse tratamento é utilizado sobre as peças, moldes, ferramentas após o término de

todas as operações de usinagem, conformação, tratamento térmico e solda, ou seja,

depois que tais peças estejam prontas para sua destinação final.

O estudo explana o processo de tratamento superficial antes do processo de PVD e

todas as etapas do processo.

Apresentamos também os tipos de peças possíveis do tratamento superficial e

deposição do processo de PVD.

Apresentamos as etapas do processo de tratamento superficial e processos do

equipamento de limpeza por ultra-som.

Palavra chave: PVD, Ultra-Som, Limpeza e Tratamento Superficial.

1. INTRODUÇÃO

Dentre as muitas e diferentes definições, o tratamento superficial aplicado a peças

que estão com sujidade proveniente de processos anteriores vem apresentando

bons resultados de qualidade e maior produtividade, porém todo novo processo leva

um tempo para ser estabilizado e implementado. Uma das definições adotada pelo

Project Management Institute - PMI (2004), (Instituto de Administração de Projetos)

tem-se: “Um esforço temporário empreendido para criar um produto ou serviço

único”. Isso implica um prazo limitado, uma data estipulada para conclusão e um

resultado diferente daquele produzido no curso da rotina operacional.

O tratamento superficial aplicado antes do processo de PVD tem grande importância

para a retirada da camada de sujeira e partículas metálicas depositadas na

ferramenta. Antes do processo a ferramenta/molde deve estar isenta de qualquer

sujidade e partículas, a limpeza por ultra-som hoje é o método mais eficiente para

limpeza de peças, conhecida como limpeza de precisão é capaz de chegar em locais

de difícil acesso e tem capacidade de remover 100% da sujeira a partículas

metálicas preparando a superfície para receber a cobertura.

O tratamento de superfície está à nossa volta, bastando olhar para o lado para

identificarmos objetos que necessitam dele, tais como utensílios domésticos, objetos

de uso diário no escritório (clipes, tesouras e grampos), na arquitetura e construção,

nos veículos de todas as espécies e na vida social (adornos, jóias e bijuterias),

tornando nossa vida mais agradável em muitos sentidos.

O setor de tratamentos de superfície é muito vasto e tem papel fundamental na

prevenção da corrosão e na manutenção, fatores esses cruciais na preservação

ambiental, aumentando a durabilidade e a vida útil dos materiais.

Tendo em vista tal importância, torna-se necessária a elaboração de um estudo

visando a correta aplicação dos processos de conversão química, principalmente no

tocante à inspeção e aos controles a que se submetem os banhos químicos, bem

como ao correto tratamento dos resíduos oriundos de tais processos que, caso não

tratados adequadamente, constituem-se em uma poderosa fonte poluidora.

O PVD, no português poderíamos traduzir para Deposição Física de Vapor, trata-se

de um processo descoberto acidentalmente por Faraday, que observou a deposição

de partículas na superfície interna de bulbos de lâmpadas incandescentes oriundas

da explosão do filamento.

Este processo permite depositar uma infinidade de metais puros e ligas (como ouro,

cromo, etc.) bem como uma série de nitretos e outros compostos.

Com o avanço da pesquisa foi desenvolvido o chamado “ion plating”, técnica

inicialmente utilizada na Europa, introduzindo diversos benefícios ao processo de

PVD: melhor adesão, controle da estrutura do filme, deposição em temperaturas

baixas, assim como deposição de ligas, multi-camadas, nanocamadas e camadas

com gradiente de composição.

Os moldes e ferramentas estão sujeitos a três tipos de mecanismo de desgaste

{1,2,3}: fadiga térmica, erosão e aderência da liga injetada ao molde.

Estes mecanismos podem atuar isoladamente ou em conjunto, dependendo das

variáveis do processo de corte ou injeção, tais como: geometria da ferramenta, tipo

de liga injetada, velocidade e temperatura de injeção, rotação e etc. A fadiga térmica

ocorre em função do molde ou ferramenta estar sempre a uma temperatura

significativamente inferior à da liga que está sendo injetada. No caso da ferramenta,

a velocidade da rotação com o contato com a peça, somada a temperatura do óleo

refrigerante, de maneira que a superfície de trabalho da ferramenta é submetida a

ciclo de a uma dilatação seguida de uma contração.

Este trabalho mecânico induz ao surgimento e à propagação de trincas

perpendiculares à superfície, conhecidas como trincas térmicas.

A erosão pode ser definida como a “progressiva perda de material da superfície

sólida, devido à interação mecânica entre a superfície e a colisão com o fluxo do

metal liquido...”. Pode ter diversas causas: cavitação no estado líquido durante o

preenchimento do molde/ferramenta, choque de partículas, solidificado contra a

superfície do molde no início de cada ciclo de injeção e arraste mecânico de material

da superfície da ferramenta, devido a uma alta velocidade de injeção associada a

uma temperatura também elevada. A erosão resulta na “lavagem” da superfície do

molde, removendo o produto desmoldante aplicando e/ou do filme óxido protetivo,

promovendo o contato direto entre o metal liquido e o substrato do molde.

Por último, a aderência da liga ao molde decorre da interdifusão entre átomos do

molde e da liga injetada, que resulta na formação de compostos intermetálicos de

alumínio, ferro e elementos de liga. Estes compostos intermetálicos, que se Forman

na superfície do molde, funcionam como um substrato preferencial para a

solidificação e formação de uma crosta de alumínio resultando em problemas de

colagem e dificultando a remoção de peças.

No ramo de injeção a vida dos moldes e ferramentas é de vital importância. Por um

lado os custos totais e por outro lado os tempos relacionados às paradas para

manutenção e substituição de moldes e ferramentas comprometem

significativamente a produtividade dos processos de fabricação presentes nas

fundições de alumínio, zamak e aço.

Os revestimentos depositados via PVD(Deposição Física de Vapor) podem trazer

um aumento na vida de moldes e ferramentas e potencialmente melhorar a

qualidade das peças produzidas diminuindo ainda a geração de sucata.

No presente trabalho discute-se a utilização de revestimentos de nitreto de titânio

(TiN) e nitreto de cromo (CrN) em ferramentas e moldes, relacionando os

mecanismos de desgaste de moldes com as características das camadas. Para

ilustrar os ganhos possíveis de se obter com o revestimento de ferramentas, são

apresentados alguns exemplos retirados da prática industrial.

O revestimento PVD (Deposição Física de Vapor) é efetuado em uma câmara sob

vácuo a uma temperatura inferior a 500ºC. Tal temperatura propicia a realização do

processo abaixo da temperatura de revenimento dos aços para trabalho a quente,

que são tradicionalmente utilizados na confecção de moldes para injeção. As

ferramentas podem ser recobertas sem risco de alteração dimensional, pois além do

processo PVD não comprometer o tratamento térmico deste material, as camadas

depositadas têm apenas alguns µm de espessura.

Duas camadas aplicadas pelo processo PVD têm se destacado no revestimento de

ferramentas de injeção de ligas de alumínio, são elas: o nitreto de titânio (TiN) e o

nitreto de cromo (CrN). Estas camadas são caracterizadas por uma alta dureza,

excelente aderência, baixa porosidade, alta estabilidade química e térmica,

coeficientes de expansão térmica e de transmissão de calor semelhantes ao de aço.

Com este conjunto de propriedades, os revestimentos podem retardar

significativamente os mecanismos de desgaste que atuam nos moldes de injeção.

A elevada dureza das camadas associada à sua excelente aderência protege a

superfície do molde contra a erosão. Já as características de alta estabilidade

química e térmica, além da baixa porosidade das camadas de TiN e CrN, bloqueiam

a difusão de átomos do molde para a liga de alumínio e vice-versa e portanto

impedem a formação de compostos intermetálicos e como conseqüência minimizam

a formação de crostas.

2. LINHA DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE

Segunda a ABTS(Associação Brasileira de Tratamento Superficial) dos parafusos às

complexas naves espaciais, o tratamento de superfícies metálicas merece, a cada

dia, mais destaque pelo desempenho e performance que garante aos produtos e

materiais, aumentando sua vida útil, protegendo contra agressões do ambiente ao

qual está exposto ambientais e ampliando as opções de uso pela estética que

proporciona.

Os processos mais empregados são conversão química, anodização e pintura. Os

processos de conversão química são mais utilizados com finalidades protetivas ou

como pré-tratamentos para aplicação de processo de acabamento final.

Para obtenção do resultado final com qualidade e garantia da deposição, deve-se

tomar alguns cuidados quanto ao aspecto de superfície das peças, a estrutura

metalúrgica das ligas utilizadas, o pré-tratamento, a limpeza.

A pintura é, também, um processo onde os princípios de química e de eletricidade

integram-se de forma harmônica. O processo de pintura ou aplicação do PVD

depende fundamentalmente do pré-tratamento químico e mecânico que, irão garantir

a preparação da superfície e isenção de partículas estranhas no processo.

Os tratamentos superficiais podem de ser simples ou extremamente complexos,

dependem da etapa seguinte. Certamente, inofensivos se não fazem todo o bem por

vezes algumas proteções são recomendadas para utilização dos mesmos.

Consistem geralmente de tratamentos de imersão em banhos quentes fracamente

alcalinos, contendo um agente oxidante. Para realizar qualquer tratamento

superficial eficientemente é necessária uma gama de acessórios e métodos.

2.1 O DESENGRAXE

O desengraxe é efetuado para limpar as ferramentas e moldes, removendo

gorduras, óleos e outros resíduos aderentes ao metal, utilizando-se uma solução

aquosa levemente alcalina ou ácida, devendo também remover filmes de óxidos da

superfície, juntamente com esses contaminantes.

Normalmente, utilizam-se produtos comerciais já pré-formulados para essa

finalidade ou modifica-se a formulação original para se obter um acabamento

superficial desejado, através da adição de solventes, emulsões de limpeza e

inibidores da alcalinidade.

Os tipos de desengraxes mais utilizados são descritos a seguir:

• desengraxe químico; o grau e a natureza do pré-tratamento requerido são

determinados pelas subseqüentes operações de acabamento,

• desengraxe com solventes; a primeira função do solvente é a remoção dos

componentes de óleo e graxa. Os solventes orgânicos, sozinhos, raramente

proporcionam limpeza suficiente que permita operações finais de acabamento. Os

solventes são usados normalmente para remover grandes quantidades de

contaminantes orgânicos, minimizando a sobrecarga dos desengraxantes alcalinos

usados posteriormente. Graxas e óleos variam quanto à solubilidade em solventes

específicos,

• desengraxe com solventes emulsificáveis; são solventes orgânicos, tais como

querosene e soluções alcoólicas, nas quais pequenas quantidades de

emulsificadores e surfactantes são adicionadas. Quando em uso, esse tipo de

desengraxante emulsifica o óleo ou a graxa na superfície. O resíduo e o detergente

são removidos com água preferivelmente aplicada por borrifo. Em alguns casos,

tratamentos intermediários são requeridos, como a remoção dos óxidos da superfície

antes do ataque químico. O solvente emulsificável deve ter um pH de 8 ou menos;

caso contrário ele oxidará o material se permanecer na superfície por um período

longo, antes da lavagem ou limpeza adicional. Se o pH for maior do que 8, ele torna-

se mais eficiente e pode ser usado se as superfícies forem lavadas ou limpas por

métodos adicionais dentro de 2 ou 3 minutos, após o desengraxe. Um custo menor

da solução de limpeza pode ser obtido pela adição de água ao solvente

emulsificável. Esse tipo de solução menos eficiente é limitado à remoção de óleos e

graxas leves. É comum, hoje em dia, usar desengraxantes alcalinos no lugar de

solventes.

• desengraxe alcalino; é o método mais utilizado para a limpeza. Esse método é de

fácil aplicação nas operações de produção e os custos dos equipamentos são

baixos. A maioria das soluções são mantidas em pH entre 9 e 11 e são

freqüentemente inibidas para um grau que minimiza ou previne ataques no metal. O

desengraxante mais freqüentemente usado é o do tipo suavemente inibido. Os

desengraxantes, em geral, têm pH 10 alguma habilidade para emulsificar óleos ou

graxas vegetais e animais, mas não minerais. Dessa forma, eles podem, algumas

vezes, remover componentes ainda frescos da politriz e gordura animal usados nas

operações de repuxo e estampagem. A agitação do desengraxante aumenta a ação

da limpeza e pode ser feita por bombas, propulsores ou movimento das peças. A

agitação por ar, embora mais fácil de instalar e mais conveniente para operar, tem

as seguintes desvantagens: o ar pode reduzir a temperatura da solução; o oxigênio

adicional pode ocasionar manchas e embaçamento em algumas superfícies;

A agitação de ar introduz dióxido de carbono, que pode aumentar o teor de

carbonatos; formação excessiva de espuma. A lavagem deve ser efetuada

imediatamente após a remoção da peça do banho alcalino para prevenir sua

secagem. Algumas vezes as superfícies contêm áreas localizadas de corrosão,

atribuídas a ataques atmosféricos, causadas por contaminantes do ar durante a

estocagem.

• desengraxe ácido; desengraxantes ácidos podem ser usados sozinhos ou em

conjunto com outros sistemas ácidos, alcalinos ou solventes. Uma das principais

funções de um desengraxante ácido é a remoção dos óxidos da superfície antes da

solda, pintura, camada de conversão, abrilhantamento, anodização e fosfatização.

Por causa da natureza corrosiva dos cloretos e fluoretos nos fluxos de solda, devem

ser removidos o mais rápido possível após a soldagem.

As peças de alumínio devem ser isoladas dos cestos ou suportes de metais ferrosos

quando imersos em soluções desengraxantes de ácido, pois o contato desses dois

metais pode produzir uma ação galvânica que causa corrosão. Materiais como

plásticos vinílicos, epoxy, polietileno e polipropileno podem ser usados para isolação.

Quando possível, os cestos ou suportes devem ser de materiais iguais ou similares

às peças.

A lavagem em água é feita após o desengraxe e após cada uma das subseqüentes

fases do processo. Sua finalidade é garantir a ausência de resíduos na superfície

das peças provenientes da etapa anterior. É a fase mais importante do processo,

pois pode ser uma fonte permanente de contaminação. Exige dimensionamento

correto das vazões de água, estabelecendo um perfeito balanceamento entre a

lavagem e o consumo de água, utilizando-se técnicas como sistema de spray e ultra-

som, imersão, filtragem, temperatura do liquido, cascata e agitação para esse fim.

2.2 TECNOLOGIA DE LIMPEZA POR ULTRA-SOM

O ultra-som fornece elevada energia mecânica mediante a geração de ondas

sonoras de alta freqüência através de um dispositivo, constituído essencialmente de

um gerador de corrente elétrica à alta freqüência e de um ou mais transdutores que

convertem esta energia elétrica em energia mecânica por meio de ondas acústicas.

A capacidade percentual de conversão desta energia elétrica em energia mecânica

mais ou menos elevada é o que dá sua eficiência.

São utilizadas ondas ultra-sônicas justamente porque sua elevada freqüência

provoca um efeito físico chamado “Cavitação”, de particular interesse e aplicação

nos processos de limpeza superficial.

Como todas as ondas sonoras, também estas ultra-sônicas alternam-se entre fases

de expansão e compressão do meio no qual se propagam. As fases de compressão

exercem uma pressão positiva sobre o líquido que provoca a aproximação entre as

moléculas deste. Já as fases de expansão exercem uma pressão negativa que, por

sua vez, tende as distanciar as moléculas umas das outras.

Se a energia associada a onda na fase de expansão é suficientemente elevada, as

moléculas se separam deixando uma cavidade, no interior desta cavidade, os gases

normalmente dissolvidos no líquido têm a possibilidade de expandir-se, formando

bolhas com diâmetro na ordem de dezenas de microns.

Tais bolhas podem crescer em volume e encontrar-se em condições tais, que sua

energia interna não consegue mais contrabalançar-se à pressão externa exercida

pelo líquido circundante; disto resulta a implosão da bolha.

O efeito primário da implosão é a formação de ondas de transmissão de elevada

intensidade que se propagam na direção radial do centro da implosão. Se no líquido

é presente um corpo sólido (neste caso, a peça à lavar) a direção de propagação

desta onda é assimétrica com relação ao centro, e resulta preferencial em direção da

superfície sólida.

A onda de propagação se associa a um jato de líquido, indo direto para a superfície

sólida a uma velocidade próxima de 400km/h. São estes dois efeitos que fornecem a

energia mecânica necessária para permitir a limpeza das peças.

Este efeito primário, se soma depois outro efeito de ordem térmica de particular

interesse: durante a implosão, a bolha sucumbe à ação da pressão elevada do

líquido circundante, da ordem de centenas de bar, produzindo assim notáveis

quantidades de calor que acabam sendo transmitidas para o líquido. Isso incrementa

a própria temperatura dando origem a um ponto quente local que pode chegar aos

5.000°C. Naturalmente, o volume envolvido neste incremento é muito reduzido, o

calor é dissipado rapidamente e por conseqüência o aumento de temperatura do

líquido total se mantém em valores aceitáveis. O efeito interessante de tal

incremento local de temperatura é devido ao fato que em tais condições é facilitada

e melhorada a ação química do líquido sobre o contaminante a ser eliminado.

Afim de obter o máximo rendimento na aplicação de um dispositivo de ultra-som,

deve-se levar em consideração os fatores que são especificados:

• A cavitação acelera a atividade química do produto; e tal cavitação é amplificada

pela temperatura do banho. A temperatura de ebulição, a intensidade de cavitação

se reduz notavelmente, tendendo a anular-se, enquanto o efeito dos ultra-sons é

justamente operar uma contínua desgaseificação do líquido. Ocorre portanto

encontrar o intervalo no qual o processo pode ser otimizado. Por experimentos sabe-

se que para soluções aquosas o ponto ótimo se encontra entre 40 e 60 °C, já para

solventes clorados ou fluorados convém manter-se a temperatura do banho

aproximadamente 20% inferior ao seu ponto de ebulição.

• A intensidade de cavitação depende também da freqüência de onda gerada.

Quanto mais baixa é a freqüência, maior será sua intensidade. Pelo contrário,

quanto maior é a freqüência, menor é a dimensão das microbolhas, também maior é

a sua difusão. Portanto, as altas freqüências são mais indicadas para lavações

delicadas, enquanto freqüências baixas devem ser utilizadas para contaminantes

mais tenazes em peças menos delicadas. Normalmente, é estabelecido um limite

inferior de freqüência utilizável. Esta coincide com a fadiga provocada aos

operadores, se a freqüência desce no campo do audível pelo ouvido humano.

Geralmente, as freqüências adotadas estão no intervalo entre 22 e 50 Hz, mas é

possível ir até 200Hz no caso de lavações de precisão (por exemplo de eletrônica

sofisticada). O ruído produzido por uma aparelhagem de ultra-som é, na sua maior

parte, provocado pela ressonância e sub-harmonia do tanque de lavação. Ocorre,

portanto, que este seja dotado de isolamento acústico das paredes e do fundo para

evitar a vibração. A potência instalada depende do grau de contaminação das peças,

dos materiais que constituem a peça e do tempo de lavação exigido. Geralmente se

opera num intervalo de 4 a 5 Watt por litro de solução de lavação. Já em processos

com maior dificuldade o usual a faixa de 10 a 15 Watts por litro.

• A intensidade de cavitação depende das características físicas do líquido e, em

particular, é tanto maior quanto mais elevada é a tensão superficial, e quanto mais

baixas são as tensões de vapor, a viscosidade e a densidade.

• A fim de obter o maior rendimento em termos de eliminação de contaminante da

superfície, o líquido sujeito aos ultra-sons e o material a tratar devem estar

desgaseificados. Isto é, devem estar privados do excesso de ar. A máxima cavitação

ocorre de fato na ausência de ar, porque sua presença tende a inibir o processo de

implosão das bolhas. Por isso se ativa o gerador de ultra-som antes de efetuar

qualquer outro processo de lavação, objetivando que a energia inicial enviada ao

líquido seja utilizada exclusivamente para liberá-lo da presença de gás. A duração

desta fase de preparação depende do volume e da agitação do líquido quando

recebe agitação por insuflamento de ar comprimido ou jatos submersos de elevada

pressão e vazão.

• O fenômeno da cavitação está presente em toda a massa de líquido em contato

com os ultra-sons e portanto tal método é extremamente eficaz sobretudo para a

remoção de contaminantes presentes em pequenas cavidades, em porosidades da

superfície e em zonas de acesso muito difícil. Em contrapartida porém, se a carga

apresenta peças posicionadas em situação mascarada com relação aos

transdutores que geram os ultra-sons, as ondas sonoras podem ser refletidas nos

elementos mascarantes e não permitir sua ação no volume de líquido próximo da

peça. O exemplo clássico disto é o uso de cestos porta-peças de exageradas

dimensões. Este efeito é mais pronunciado quanto maior é a espessura da peça.

Desta forma é preferível tratar um número maior de cestos (cada qual com um

número menor de peças), com tempos de lavação menores, ao invés de concentrar

as peças num único cesto e arriscar obter um indesejado prolongamento do tempo-

ciclo. Deve-se, portanto, prestar atenção especial não só ao posicionamento das

peças para que uma não mascare as outras, mas também no caso individual de

cada peça para que não permita o aprisionamento de grandes bolhas de ar em

cavidades inferiores que impeçam o contato da superfície com o líquido. Situação na

qual não há ação nenhuma dos ultra-sons. Também o posicionamento dos

transdutores deve ser efetuado no modo correto, a fim de propiciar o melhor

atingimento a todas as peças e evitar qualquer situação de mascaramento pelos

suportes.

• A potência aplicada deve ser corretamente dimensionada em função do tipo de

contaminante, do grau de lavação requerido, do volume de líquido, da massa e do

material das peças a lavar, para evitar que a carga resulte insuficientemente limpa.

De fato, se a potência aplicada fosse excessiva, se verificaria fenômenos de

danificação por excesso de ação mecânica ou fenômenos de erosão na superfície

das peças.

• O tratamento com ultra-som pode ser aplicado tanto para contaminantes orgânicos

solúveis como insolúveis. No caso dos contaminantes solúveis, como óleos e

graxas, prevalece a ação de limpeza química sobre a qual o ultra-som contribui

acelerando a reação química de solubilização das micelas de gordura saponificada.

No caso dos contaminantes insolúveis, como partículas metálicas ou plásticas,

geralmente ligados a superfície por meio de ligações iônicas ou forças mecânicas, a

ação que prevalece é mecânica, ou seja, a contribuição do ultra-som que justamente

é a de fornecer energia suficiente para romper tais ligações e então liberar o

contaminante para que seja afastado da superfície.

3. VANTAGENS DO PROCESSO DE PVD

Um número cada vez maior de indústrias está comprovando os benefícios dos

revestimentos PVD (Deposição Física de Vapor).

Poderíamos citar como exemplos: aumento de vida útil de ferramentas, minimização

de paradas de máquina, diminuição de custos de manutenção, ganhos de

produtividade, melhor acabamento do produto e diminuição ou eliminação de fluidos

refrigerantes.

Como isso pode acontecer? Algumas propriedades como a elevada dureza

superficial - chegando a 5 vezes a do aço rápido temperado - o baixo coeficiente de

atrito, a alta estabilidade química e térmica, proporcionam alguns dos benefícios

citados.

Existem ainda outras vantagens dos revestimentos DUROTIN. A possibilidade de

tratamento sem modificação da estrutura do material o que não é possível em outros

processos como o CVD e a nitretação; mínima agressão ambiental, ou seja, não

gera resíduos, sendo portanto uma alternativa a revestimentos galvânicos como por

exemplo o Cromo Duro; a possibilidade de remoção seguida de reaplicação da

camada. Este último aspecto é muito interessante porque possibilita a substituição

apenas da camada desgastada, aproveitando-se uma ferramenta por muitas vezes,

sempre na condição de “nova”.

O atrito e o desgaste são os principais fatores que limitam o desempenho e a vida

mecânica de ferramentas e componentes de precisão. Revesti-los com o PVD é a

forma mais eficaz e muitas vezes a única forma de fazer a diferença decisiva para o

seu desempenho operacional. As ferramentas revestidas com o PVD aumentam a

produtividade e qualidade no processamento de peças em metal e plásticos, além

de que os componentes revestidos com o PVD em veículos, máquinas e aparelhos

desempenham as suas funções de uma forma mais segura e por muito mais tempo.

Foi o revestimento a vácuo que primeiramente possibilitou desenvolvimentos em

longo prazo, por exemplo com ferramentas para trabalhos em alta velocidade e a

seco ou componentes com cargas elevadas para os mais recentes sistemas de

injeção a diesel.

Abaixo apresentamos os benefícios das camadas DUROTIN para diferentes

situações:

Corte/Usinagem: menor desgaste abrasivo, menor difusão e oxidação, menor

solicitação térmica, menor empastamento, diminuição de esforços, menor

quantidade ou eliminaçãode fluidos refrigerantes, maiores velocidades de corte e

avanços:

Figura 1- Engrenagens

Fonte: Brasimet/Bodycote

Conformação: menor desgaste abrasivo, menor desgaste adesivo (solda a frio ou

caldeamento), diminuição de esforços, melhor acabamento de produtos e diminuição

de lubrificantes.

Figura 2 - Conformação de metais

Fonte: Brasimet/Bodycote

Injeção de Plásticos: menor desgaste abrasivo, menor aderência do produto no

molde, diminuição da freqüência de repolimento, minimização de

desmoldantes/limpeza, facilidade da desmoldagem, melhor acabamento do produto,

proteção contra a corrosão em alguns materiais.

Figura 3 - Moldes injeção plástico

Fonte: Brasimet/Bodycote

Injeção de Metais: menor desgaste por ataque metálico, menor aderência do

produto, facilidade na desmoldagem, melhor acabamento do produto.

Figura 4 - Moldes injeção de metais

Fonte: Brasimet/Bodycote

Área médica/odontológica: alguns revestimentos como o Nitreto de Titânio são

biocompatíveis.

Figura 5 - Instrumentais

Fonte: Brasimet/Bodycote

3.1 Requisitos para aplicação do processo de PVD

O material deve suportar a temperatura de revestimento sem perder dureza.

Recomenda-se que a temperatura da última etapa do tratamento térmico seja

no mínimo 50ºC acima da temperatura de revestimento.

Peças montadas (ex.: matrizes com insertos, tampões de refrigeração) devem

ser enviadas desmontadas previamente ao revestimento.

Peças trincadas e/ou recuperadas por solda podem apresentar problemas na

qualidade do revestimento devido à liberação de resíduos que se desprendem

das frestas/porosidades durante o processo de revestimento. Nestes casos

recomendamos entrar em contato com a equipe técnica da Brasimet.

Peças soldadas/brasadas devem suportar temperaturas de pelo menos

600ºC.

Uma rugosidade excessiva prejudica o desempenho da camada. Recomenda-

se que a superfície seja pelo menos retificada com o cuidado de não provocar

“queimas” de retífica, pois estas podem comprometer a aderência da camada.

Impurezas e resíduos superficiais prejudicam a adesão do revestimento. As

peças devem apresentar superfície isenta de: regiões oxidadas, tratamentos

superficiais (oxidação preta, revenimento a vapor, fosfatização, nitretação em

banho de sal, etc.), revestimentos galvânicos (cromo duro, zincagem etc.),

resíduos de cola e pintura, marcas coloridas, etc.

Superfícies brutas de eletro-erosão também são indesejáveis. Neste caso é

necessária a remoção da camada refundida através de: retífica, jateamento

com micro-esfera de vidro ou mesmo lixamento. Recomenda-se

complementarmente a realização de um tratamento de alívio de tensão.

No caso de peças que necessitam de polimento, é importante que se usem

pastas solúveis em água ou álcool. Pastas que contêm silicone não devem

ser utilizadas, pois este deixa resíduos imperceptíveis na superfície da peça

que causam problemas de adesão do revestimento.

Nas peças sujeitas à oxidação, recomenda-se protegê-las com óleos

protetivos desaguantes por ocasião do envio para revestimento.

Para o transporte, as peças devem ser embaladas de forma a minimizar

danos superficiais, pois se encontram no estado acabado.

3.2 FLUXO DO PROCESSO DE APLICAÇÃO DO PVD

3.2.1 Inspeção de entrada

O encaminhamento para a inspeção de admissão em ferramentas e componentes

de precisão a serem revestidos até o ponto em que forem devolvidos ao cliente

contempla um processo produtivo especializado com várias etapas individuais que

podem ser harmonizadas para o revestimento em questão com as suas

propriedades especiais.

3.2.2 Tratamento da superfície

É essencial ter uma superfície limpa para a aderência do revestimento. Por esta

razão, o investimento deve ser pesado na preparação da superfície para PVD. A

limpeza decorre em um processo de vários estágios de forma a descontaminar a

superfície, ultra-som, empregando banhos alcalinos, aquosos sem a presença de

aditivos que sejam prejudiciais ao meio ambiente.

3.2.3 Pré-tratamento

Se houver necessidade de pré-tratamento, deve-se utilizar as tecnologias

adequadas. Por exemplo, a desgaseificação em forno a vácuo elimina os resíduos

materiais em furos perfurados estreitos, enquanto que o micro-jateamento remove as

camadas da superfície porosa.

3.2.4 Carregamento

Antes do revestimento, as partes são carregadas para suportes permutáveis do

substrato e, em seguida, introduzidas no sistema de revestimento. No caso de

grandes linhas de produção, os suportes do substrato são carregados

automaticamente.

O alinhamento definido das partes garante a sua reprodução precisa.

3.2.5 Revestimento

O revestimento é feito através de uma seqüência de processos controlados e

registrados automaticamente. A seqüência de processo abaixo apresentada,

exemplifica a tecnologia de revestimento.

Redução do bombeamento da câmara de processo para uma pressão

residual de aproximadamente 10-6 mbar.

Verificação de sistemas e do processo.

Aquecimento das ferramentas ou componentes para a temperatura exigida.

Cauterização iônica das ferramentas/componentes para produzir superfícies

limpas atomicamente.

Revestimento usando os processos PVD.

Refrigeração.

Verificação de sistemas e do processo.

O conhecimento técnico em revestimentos é realçado entre as fases de

cauterização e revestimento. A aplicação por controle de precisão de

camadas intermediárias garante a aderência ideal do revestimento funcional.

O revestimento pode ser aplicado, utilizando os processos de camada simples

ou multi-camadas ou ainda em nano-estruturas.

As configurações dos parâmetros do plasma determinam as propriedades do

revestimento, assim como a tecnologia comprovada de sistema garante a

segurança do processo abrangido.

3.2.6 Inspeção de saída

Isto contempla os ensaios de propriedades, como dureza, espessura do

revestimento e aderência, além da inspeção visual.

Em linhas de revestimento extensas, com uma quantidade definida de corpos de

prova, é feito um monitoramento estatístico de processo dos parâmetros definidos.

Os ensaios automatizados de componentes de produção em massa são sempre

feitos quando forem economicamente viáveis.

3.2.7 Pós-tratamento / Conservação Em muitos casos, deve-se efetuar um pós-tratamento se, por exemplo, as

ferramentas ou componentes revestidos forem desmagnetizados ou conservados.

3.2.8 Embalagem / Expedição

As peças revestidas são geralmente devolvidas nas próprias embalagens em que

foram recebidas. Consegue-se uma economia considerável, se as peças forem

entregues embaladas em cestões de limpeza adequados.

4. SEQÜÊNCIA DO PROCESSO DE TRATAMENTO

A linha automática de tratamento superficial é projetada com os seguintes estágios:

1. LIMPEZA POR SPRAY COM DESENGRAXANTE AQUECIDO;

2. ENXÁGÜE AQUECIDO COM ÁGUA DEIONIZADA;

3. LAVAGEM COM DETERGENTE COM ULTRA-SOM AQUECIDO;

4. ENXÁGÜE COM ULTRA-SOM AQUECIDO;

5. LAVAGEM COM DETERGENTE COM ULTRA-SOM AQUECIDO;

6. ENXÁGÜE EM CASCATA COM ÁGUA DEIONIZADA;

7. ENXÁGÜE EM CASCATA COM ÁGUA DEIONIZADA;

8. ENXÁGÜE EM CASCATA COM ÁGUA DEIONIZADA E ULTRA-SOM;

9. SECAGEM COM FILTRAGEM DO AR.

Procedimentos:

• mergulhar completamente a peça no tanque 1 durante 2 a 3 min. Após este tempo,

retirar a peça;

• mergulhar completamente a peça no tanque 2 durante 1 min. Após este tempo,

retirar a peça e deixar escorrer bem antes de mergulhá-la no tanque seguinte;

• mergulhar completamente a peça no tanque 3 durante 3 min. Após este tempo,

retirar a peça;

• mergulhar completamente a peça no tanque 4 durante 1 min. Após este tempo,

retirar a peça e deixar escorrer bem antes de mergulhá-la no tanque seguinte;

• mergulhar completamente a peça no tanque 5 durante 2 min. Após este tempo,

retirar a peça e deixar escorrer bem antes de mergulhá-la no tanque seguinte;

• mergulhar completamente a peça no tanque 6 durante 1 min. Após este tempo,

retirar a peça e deixar escorrer bem antes de mergulhá-la no tanque seguinte;

• mergulhar completamente a peça no tanque 7 durante 1 min. Após este tempo,

retirar a peça e deixar escorrer bem antes de mergulhá-la no tanque seguinte;

• mergulhar completamente a peça no tanque 8 durante 1,5 min. Após este tempo,

retirar a peça e deixar escorrer bem antes de mergulhá-la no tanque seguinte;

• posicionar as peças no tanque 9 durante 4 min. Após este tempo, retirar a peça e

que estarão secas e isentas de contaminantes.

OBS: após o processo de tratamento as peças não podem ser manuseadas.

Cuidados adicionais:

• o processo de recirculação e filtragem em todos os estágios é fundamental de

forma a garantir que o líquido esteja preparado para receber a próxima peça ou

carga;

• a água deionizada deverá estar impreterivelmente há 2 micro Siemens de forma a

garantir a proteção contra oxidação do material tratado;

• posicionar a peça de modo a permitir um livre escoamento das soluções e a

mínima retenção dos banhos durante a retirada das peças;

• o fluxo laminar continuo dos tanques deve estar ajustado de forma garantir a

retirada da espuma e óleo sobrenadante;

• usar sempre o equipamento protetor (óculos de segurança, máscara, luvas, etc)

para executar esse processo. Evitar respirar vapores dos banhos;

• nunca passar ar comprimido nas peças após o processo;

• nunca manusear as peças após o final do ciclo;

• controlar o pH dos banhos de conforme instrução do fabricante;

• revisar os geradores e transdutores de ultra-som mensalmente de forma a avaliar a

eficiência de cavitação.

Exemplo de Peças em Dispositivos

5. CONCLUSÃO

Foi explanado na pesquisa os benefícios da aplicação do processo de PVD bem

como as etapas desse processo, acompanhamos os benefícios de uma linha

automática de limpeza por ultra-som dotada de diferentes estágios de limpeza com

auxilio de componentes fundamentais como a tecnologia de ultra-som, dessa forma

foi possível alcançar a qualidade e segurança do processo.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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