pvd

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
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
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
Área médica/odontológica: alguns revestimentos como o Nitreto de Titânio são biocompatíveis.
Figura 5 - Instrumentais

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 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
Awad, S.B., “An Ultrasonic Semi-Aqueous Alternative to Vapor Degreasing,” Precision Cleaning, I (1), p. 75, 1993.
ABTS - Associação Brasileira de Tratamento Superficial. Tratamento de Superfície. São Paulo – SP.
Brasimet “Aplicação de revestimento PVD em ferramentas de corte”, agosto, 2000.
Brasimet/Bodycote, Www.brasimet.Com.Br 2008.
Bowman, S. Design for the environment: tools and techniques. Proceedings of the Decision Sciences Institute, Orlando, Florida, 1996.
Cleland, David I; Gerência De Projetos; Editora Reichmann & Affonso; Rio De Janeiro; 2002.
Cselle, T. et al – “Today’s applications and future developments of coatings for drills and rotating cutting tools” Surface and Coatings Technology, vol 76/77, 1995, p. 712- 718.
Dias, Fernando Comunicação pessoal. Enge Solutions, São Paulo, 2008.
Enge Solutions, Www.engesolutions.Com.Br 2008.
Knotek, O et al., “PVD coatings for diecasting moulds”, Surface and Coatings Technology, 1993, vol.62, p.630-4
Lee, David John. Química Inorgânica não tão concisa. São Paulo. Edgard Blücher, 1999.
Mack, M. – “Surface technology – wear protection”, Metaplas,1990

Manchester, R.C. “Precision Aqueous Cleaning System and Process Design,” Precision Cleaning, II (6), p. 11, 1994.
Project Management Institute, Inc Pmi Editora Four Campos Boulevard 2004.
Seelig, S.S. “The Chemical Aspects of Cleaning,” Precision Cleaning, III (10), p. 33,
1995.
Sarwar, M. – “Application of advanced surface engineering treatments to multi-point cutting edges”, Surface and Coatings Technology, vol 108/109, p. 612-619, 2003.
Telsonic Ag., Www.telsonic.Com 2008.
Vencovsky, P. – “Revestimentos em Ferramentas – Processo PVD”, Informação técnica, 1999,p.1-5
Wild, R, “Revestimentos PVD prolonga a vida de moldes metálicos”, Fundição e Serviços, outubro, 1996, outubro, p.34-41.
Wang, Y, “A study of PVD coatings and die materials for extended diecasting die life”, Suface and Coatings Technology, 1997, vol.94/95, p.60-3.

pvd

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à pvd

Similaire à pvd (14)

pvd