Revestimentos DLC para a indústria de máquinas pesadas

Revestimentos DLC para a indústria de máquinas pesadas

Fig. 1 e 2. Fornos Plasox®Extended com 1 m de diâmetro e 1,8 m de altura

Revestir com DLC é uma expansão das possibilidades dos fornos PACVD, que têm sido limitados a revestimentos duros depositados a temperaturas de cerca de 500°C. Hoje permitem gerar revestimentos de baixo atrito, a temperaturas até 200°C. Isto abre a possibilidade de usar PACVD para o tratamento de materiais sensíveis a temperatura como aços resistentes à corrosão e peças de alta precisão, bem como para revestimentos de baixo atrito em diferentes aços. Também permite tratar ferramentas grandes e pesadas em comparação aos processos de PVD

Revestimentos de carbono tipo diamante (em inglês Diamond Like Carbon – DLC) desenvolvem uma série de propriedades benéficas, tais como dureza elevada, módulo de elasticidade elevado, excelente resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito. Além disso, estas películas são quimicamente inertes em ambientes mais agressivos e proporcionam um comportamento anticorrosão notável. Estas combinações incomuns de propriedades tornam atraentes os filmes de DLC para uma ampla gama de tecnologias.
Os revestimentos DLC em aços nitretados e pós-oxidados, ou somente nitretados, especialmente em aços de construção e aços tratáveis termicamente, oferecem um grande potencial para novas aplicações, por exemplo, como peças para a indústria de máquinas pesadas.
Em cooperação com a Universidade de Ciências Aplicadas em Wels e com a Universidade Técnica de Viena, Áustria, a Ruebig desenvolveu a deposição de revestimentos DLC em um forno de nitretação a plasma ligeiramente adaptado com plasma pulsado DC. A grande vantagem de um plasma pulsado DC em comparação ao plasma RF tradicional para a deposição de revestimentos DLC é o aumento de escala relativamente fácil para os tamanhos de fornos industriais. Outra grande vantagem é a possibilidade de realizar processos de combinação, como nitretação a plasma, pós-oxidação e revestimento DLC (“Plasox®Extended”), em uma única câmara de processo.
No Tratamento Térmico da empresa Ruebig, em Wels, na Áustria, um forno Plasox®Extended com um tamanho útil de 1 m de diâmetro e 1,8 m de altura já está em utilização desde 2010 para executar os processos Plasox®Extended ou também revestimentos DLC individuais (Fig. 1).

Resultados Alcançáveis

Resistência à Corrosão

Especialmente em aços de construção e aços tratáveis termicamente, a resistência à corrosão é uma característica muito importante. A nitretação a plasma ou a nitrocarbonetação combinada com uma pós-oxidação já pode resultar em uma muito boa resistência à corrosão (até 300 horas em teste de névoa salina). A combinação deste tratamento chamado Plasox® com um revestimento DLC subsequente melhora estes valores para até 700 horas, ou mesmo mais (Fig. 3).
Como as demandas por proteção ambiental estão aumentando mais e mais, a combinação de Plasox® e revestimento DLC oferece novas possibilidades, por exemplo, na substituição de cromo duro.

Coeficiente de Fricção

Os revestimentos DLC apresentam um coeficiente de atrito muito baixo. Em tratamentos Plasox®Extended, os coeficientes de fricção de peças tratadas podem ser de até 0,055 em comparação a 0,2 ou mais em aços normais tratados com Plasox® (Fig. 4).
Este comportamento perfeito de atrito de deslizamento em estado seco oferece a possibilidade de reduzir ou até evitar o óleo ou outros lubrificantes e aumenta as propriedades de funcionamento de emergência.

Resistência ao Desgaste

Devido à dureza elevada em combinação com o baixo coeficiente de atrito, a resistência ao desgaste dos aços de baixa liga pode ser aumentada drasticamente por meio da utilização de um tratamento Plasox®Extended. Pela variação de diferentes parâmetros de processo (mistura de gás, parâmetros de plasma etc), a dureza pode ser diversificada numa gama ampla (1.000-5.000 HV) para obter as propriedades ideais para cada aplicação.

 

Custos

Até hoje, os revestimentos DLC são relativamente caros, devido à técnica utilizada (PVD ou plasma RF). Como no presente caso, apenas pequenos lotes podem ser tratados em um processo. Com o uso de plasma pulsada DC, grandes fornos (até 1 m de diâmetro e 1,8 m de altura) podem ser usados, já que a espessura do revestimento é muito homogênea por todo o forno (Fig. 5 e 6).
Portanto, lotes completos com uma densidade de carga elevada (comparável à nitretação a plasma) podem ser tratados. Isto leva a custos mais baixos por peça.
No processo Plasox®Extended Triplex não há necessidade de uma limpeza adicional após o tratamento Plasox®, assim como não há necessidade de manipulação do lote, o que reduz significativamente os custos de trabalho novamente.

 

Materiais

Devido à elevada dureza dos revestimentos DLC, apenas aços duros têm sido capazes de ser tratados para evitar que o revestimento lasque. Com os passos prévios de nitretação ou nitrocarbonetação com pós-oxidação, aços de baixa liga, tais como os para construção e aços tratáveis termicamente, também podem ser agora revestidos com DLC, já que a camada nitretada atua como uma camada de suporte e a camada branca, em combinação com a camada de óxido, aumenta a adesão do revestimento DLC.
Além destes aços baixa liga, um revestimento DLC único pode também ser aplicado sobre os aços inoxidáveis, bem como em ligas de alumínio e de titânio, onde a resistência à corrosão não é o objetivo, mas sim a melhoria da resistência à fricção e ao desgaste.

Peças Grandes e Geometrias Complexas

Devido à natureza do plasma DC, ferramentas grandes e pesadas, bem como as peças com formas complexas, podem ser facilmente tratadas (Fig. 7).
Os processos de PVD são limitados no que diz respeitos às geometrias complexas, tendo em vista a natureza do processo e peças grandes e pesadas são relativamente difíceis de serem tratadas, já que têm de serem rodadas no interior da câmara de vácuo.

Conclusão

A combinação de processos de nitretação a plasma, pós-oxidação e de revestimento DLC expande os aços passíveis de serem revestidos aos de baixas ligas, aços de construção e aços tratáveis.
Por meio do Plasox®Extended é possível melhorar propriedades, tais como a resistência ao desgaste, resistência à corrosão e coeficiente de fricção das peças tratadas.
Usando um plasma DC para a deposição do revestimento DLC é possível obter resultados uniformes em câmaras de processo de grande porte. Portanto, tanto as peças grandes podem ser tratadas,  como também a produção em série de muitas peças pequenas é possível. Isto faz do Plasox®Extended uma combinação única  de nitretação a plasma, oxidação e revestimento de baixa fricção.
A adesão e a resistência ao desgaste e à corrosão da superfície podem ser melhoradas até um nível excelente. A simplicidade do equipamento utilizado (em comparação com as tecnologias alternativas) e a possibilidade de ajustar o pré-tratamento e os passos de revestimento fazem do Plasox®Extended uma alternativa econômica às atuais tecnologias de revestimento de baixo atrito e o processo comercial para processos de revestimento em geometrias grandes e complicadas. IH

Para mais informações, contate: Andreas Gebeshuber, Andreas.Gebeshuber@rubig.com ou o representante no Brasil, Ralph Trigueros, rubig@industrialheating.com.br.

Referências

[1] C. Donnet, Ali Erdemir: Tribology of Diamond-Like Carbon Films Springer Verlag New York 2008;
[2] T. Mueller, A. Gebeshuber, R. Kullmer, C. Lugmair, S. Perlot, M. Stoiber, Mater. Technol. 38 (2004) 353;
[3] C. Forsich, D. Heim, T. Mueller, Surf. Coat. Technol. 203 (2008) 521–525;
[4] H.J. Spies, B. Larisch, K. Hoeck, Surf. Eng. 11 (1995) 319;
[5] W.S. Baek, S.C. Kwon, S.R. Lee, J.J. Rha, K.S. Nam, J.Y. Lee, Surf. Coat. Technol 114 (1999) 94.

 

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *