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Tecnologias a plasma
Aplicações em componentes mecânicos e metalização de
plásticos
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Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
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O que é plasma?
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Plasma!
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Nitretação a Plasma
Fonte energia
elétrica-
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Forno à vácuo
~ 550 °C
Componentes
Plasma nitrogênio
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Dureza HV
1200
400
Profundidade20 μm
Concentração N
20 %
H. Dong, International Mat...
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Nitretação a plasma2
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PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition)
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Câmara de vácuo
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Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
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Aplicações em componentes mecânicos
 33% da energia em um automóvel é
perdida devido à fricção e atri...
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Aplicações em componentes mecânicos
Grafite
Ligação sp2
Baixo atrito
+
Diamante
Ligação sp3
Alta durez...
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Aplicações em componentes mecânicos
Açorápido
Cromoduro
Metalduro(WC/Co)
Alumina
TiN
TiC
DLC
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Aplicações em componentes mecânicos
Pistão x anel de pistão
Eixo de comando x balancim Tucho de válvul...
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Aplicações em componentes mecânicos
 Engrenagens Custos
Engrenagem cementada
Custos
Engrenagem nitret...
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Aplicações em componentes mecânicos
 Fundição, conformação e usinagem de alumínio
DLC
Evita problemas...
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Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
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Cobre
Aplicações em metalização de plásticos
Processo de metalização de plásticos
eletroquímico (tradi...
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Verniz
Aplicações em metalização de plásticos
Processo de metalização de plásticos por plasma
(PVD)
 ...
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Aplicações em metalização de plásticos
 Legislação:
– A regulamentação européia REACH bane oficialmen...
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Aplicações em metalização de plásticos
Plasma surface engineering in the automotive
industry – trends ...
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Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Dep...
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Conclusões
 Variedade de tecnologias:
– Nitretação
– PECVD
– PVD
 Variedade de aplicações:
– Compone...
Página 29© SENAI-MG
Agradecimentos
 PUC Minas
 Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies
 Ohmini – Tecnologia Apl...
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Tecnologias a plasma: Aplicações em componentes mecânicos e metalização de plásticos.

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Apresentação do Dr. Felipe de Campos Carreri (ISIEngenharia de Superfícies) no 1° Workshop de Tecnologias a Plasma para o Setor Automotivo, realizado em Belo Horizonte (MG) em 3 de agosto de 2017, pelo ISI de Engenharia de Superfícies (participante do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies).

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

  1. 1. © SENAI-MG Tecnologias a plasma Aplicações em componentes mecânicos e metalização de plásticos Dr. Felipe de Campos Carreri fcarreri@fiemg.com.br (31) 3489-2348 SENAI DR-MG Belo Horizonte, 03 de Agosto de 2017
  2. 2. Página 3© SENAI-MG 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
  3. 3. Página 4© SENAI-MG 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
  4. 4. Página 5© SENAI-MG O que é plasma?
  5. 5. Página 6© SENAI-MG O que é plasma? Plasma!
  6. 6. Página 7© SENAI-MG 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
  7. 7. Página 8© SENAI-MG Nitretação a Plasma Fonte energia elétrica- + Forno à vácuo ~ 550 °C Componentes Plasma nitrogênio N2
  8. 8. Página 9© SENAI-MG 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
  9. 9. Página 10© SENAI-MG PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition) Tópicos Nitretação a plasma2 PVD (Physical Vapor Deposition)4 Aplicações em componentes mecânicos5 Aplicações em metalização de plásticos6 Conclusões7 O que é plasma?1 3
  10. 10. Página 11© SENAI-MG PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition) Fonte energia elétrica- + Câmara de vácuo Temp. Máx. 250 °C Camada DLC depositada sobre componentes Plasma acetileno C2H2
  11. 11. Página 12© SENAI-MG 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
  12. 12. Página 13© SENAI-MG 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
  13. 13. Página 14© SENAI-MG PVD (Physical Vapour Deposition)
  14. 14. Página 15© SENAI-MG 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
  15. 15. Página 16© SENAI-MG 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
  16. 16. Página 17© SENAI-MG Aplicações em componentes mecânicos Grafite Ligação sp2 Baixo atrito + Diamante Ligação sp3 Alta dureza = DLC (diamond-like-carbon) Baixo atrito + alta dureza
  17. 17. Página 18© SENAI-MG Aplicações em componentes mecânicos Açorápido Cromoduro Metalduro(WC/Co) Alumina TiN TiC DLC Diamante Aço/aço Aço/TiN Aço/Bronze Aço/CromoDuro Aço/TiC Aço/DLC DLC/DLC > 100 Dureza (GPa) 9 10 15 16 23 28 30 Coeficiente de atrito 0,8 0,45 0,35 0,3 0,25 Aço/Metalduro 0,2 0,1 0,05
  18. 18. Página 19© SENAI-MG Aplicações em componentes mecânicos Pistão x anel de pistão Eixo de comando x balancim Tucho de válvula x válvula Virabrequim e engrenagens
  19. 19. Página 20© SENAI-MG Aplicações em componentes mecânicos  Engrenagens Custos Engrenagem cementada Custos Engrenagem nitretada Custo de engrenagem nitretada 30% < custo engrenagem cementada Motivo: Eliminação do processo de retífica Limitações: Dureza superficial e profundidade da camada
  20. 20. Página 21© SENAI-MG Aplicações em componentes mecânicos  Fundição, conformação e usinagem de alumínio DLC Evita problemas de adesão de material Motivo: Baixa energia de superfície
  21. 21. Página 22© SENAI-MG 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
  22. 22. Página 23© SENAI-MG 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
  23. 23. Página 24© SENAI-MG Verniz Aplicações em metalização de plásticos 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
  24. 24. Página 25© SENAI-MG Aplicações em metalização de plásticos  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
  25. 25. Página 26© SENAI-MG Aplicações em metalização de plásticos 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 %.”
  26. 26. Página 27© SENAI-MG 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
  27. 27. Página 28© SENAI-MG 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)
  28. 28. Página 29© SENAI-MG Agradecimentos  PUC Minas  Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies  Ohmini – Tecnologia Aplicada à Indústria e Pesquisa  Instituto SENAI de Tecnologia Automotiva

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