O setor sucroalcooleiro tem promovido uma "revolução" no campo dos biocombustíveis, não apenas por meio da produção de álcool e açúcar, mas também na produção de materiais biodegradáveis, como biopolietileno, biopolipropileno e bioPET, a partir da cana-de-açúcar. Este trabalho se propõe a analisar e caracterizar o comportamento de diferentes tipos de revestimentos com potencial para melhorar o desgaste desses trituradores, figura 6, - facas e martelos, no processo de moagem da cana-de-açúcar.
BREVE INTRODUÇÃO HISTÓRICA
Com três corpos, devido à variação do ângulo de incidência, apenas uma pequena parte das partículas causa desgaste (ZUM-GAHR, 1987). Figura 15 - Micrografias de superfície de sólidos submetidos a desgaste abrasivo a) microranhura, b) microcorte ec) microcirculação - Fonte: Zum-Gahr, 1987, p.95. As amostras de aço que seriam utilizadas para o desenvolvimento do processo de termodifusão e para o processo de aplicação do filme DLC deveriam ter dimensões mínimas que permitissem a realização das caracterizações físicas e mecânicas previstas para os revestimentos. Neste trabalho, a espessura da camada de DLC aplicada foi de 3 µm para a primeira batelada (Figura 51) e de 4 µm para a segunda batelada (Figura 52).
A caracterização física e morfológica de substratos com revestimentos DLC (Diamond Like-Carborn) e VC (Vanadium Carbide) é parte essencial deste trabalho. Os resultados da Tabela 7 e Tabela 6 confirmam a contribuição dos revestimentos DLC para a redução da perda de massa em testes de desgaste. A avaliação da contribuição para a redução do desgaste em função do tempo de deposição do DLC também pode ser verificada nas imagens de microscopia eletrônica de varredura.
Essa perda de massa no revestimento soldado pode ser 6 (seis) vezes maior que a observada para o revestimento VC e 4 (quatro) vezes maior em relação ao revestimento DLC. Neste trabalho, foram obtidos revestimentos DLC e VC termicamente difundidos, com o objetivo de melhorar a resistência ao desgaste por meio de martelos abrasivos e cutelos (Figura 87).
PRINCIPAIS MECANISMOS DE DESGASTE NA IND. SUCROALCOOLEIR
DESGASTE EROSIVO
DESGASTE CORROSIVO
DESGASTE POR FADIGA SUPERFICIAL
Essa morfologia e a consequente mudança na microestrutura do material têm um forte efeito nos processos de desgaste. O dano inicial ocorre em uma superfície lisa e é mais frequente em sistemas de rolamentos. a) Fissura de iniciação, devido a processos de . fadiga.
DESGASTE ABRASIVO
O desgaste abrasivo pode ocorrer em níveis baixos ou altos, dependendo da proporção de partícula em relação à dureza da superfície (HUTCHINGS, 1992). No desgaste abrasivo a três corpos, as partículas abrasivas atuam como elementos de interface entre o corpo sólido e o contracorpo.
REVESTIMENTOS DE CARBONETO DE VANÁDIO (VC)
INTRODUÇÃO
A utilização desse tipo de revestimento em trituradores utilizados na indústria sucroalcooleira apresenta propriedades potencialmente favoráveis ao aumento da vida útil dessas peças devido à alta resistência ao desgaste e à corrosão. Para que este tipo de revestimento seja utilizado, é necessário trocar o material básico dos trituradores, do aço ABNT 1020 para um aço com teor de carbono acima de 0,3%, ou seja, aço 1045 ou aço ferramenta classe D2, D6 ou O1. Essa mudança no material do substrato acarretaria aumento de custos, mas deve-se levar em consideração o aumento da vida útil dos trituradores e o aumento do período entre as paradas de produção para sua reciclagem.
REVESTIMENTOS DE VC PARA APLICAÇÃO TRIBOLÓGICA
Não apenas a espessura determina se o filme é fino ou não, mas a relação entre a espessura do filme e a espessura do substrato deve ser considerada (WANG et. al, 1989). Os núcleos então coalescem e as grandes ilhas continuam crescendo e capturando os átomos adsorvidos formando um filme semicontínuo comum à rede de canais e buracos, até formar um filme contínuo (CHANG, et al, 1988). O uso de películas finas de carboneto, como VC, na superfície do substrato reflete um aumento na dureza superficial e melhora das propriedades mecânicas.
Esses revestimentos são depositados na superfície do substrato ou, em alguns casos, se difundem no sólido (Butler et al, 1994).
REVESTIMENTO DE FILMES DE DLC (DIAMOND- LIKE CARBON)
PROCESSOS DE DEPOSIÇÃO DOS FILMES DE DLC
A deposição de filmes DLC tem como característica comum, em alguns processos, o bombardeio de átomos com energias que variam de 20 a 500 ev. Técnicas de Magnetron Sputtering (Yeldose e Ramamoorthy, 2008 apud Silva, 2011) e técnicas de deposição de plasma assistida por PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) e RF pulsado são amplamente utilizadas na obtenção dos filmes. de DLC (ROBERTSON, 1994; CAPOTE et al., 2006; BONETTI et al., 2006; TRAVA-AIROLDI et al., 2007). É geralmente aceito que a adsorção química da superfície dos radicais CH3 é a forma mais importante para o crescimento desse tipo de filmes (BONETTI et.
A deposição de filmes finos DLC por PECVD pulsado direto é uma descarga de plasma de baixa pressão usando uma fonte de energia pulsada para gerar plasma e depositar filmes DLC em substratos (Capote et al, 2006; Trava-Airoldi et al 2007).
PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO DLC
Os substratos que receberam a deposição de DLC foram os aços AISI e D2 - e que foram submetidos aos mesmos parâmetros dos ensaios de desgaste para as amostras revestidas com VC termodifundido. Os resultados apresentados na Tabela 7 mostram que houve um aumento na resistência ao desgaste da amostra 1-D2-L2 do segundo lote em comparação com a amostra 1-D2-L1 do primeiro lote devido ao aumento do tempo de deposição do DLC e, consequentemente, uma melhor adesão do mesmo ao substrato. Investigação do crescimento de filmes DLC com nanocristais de diamante para aplicações tecnológicas e industriais.
Investigação do crescimento do filme DLC com nanopartículas de prata para aplicações espaciais e biomédicas.
REVEST. DE FILMES FINOS DE DLC PARA APLICAÇÃO TRIBOLÓGICA
DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO
Os materiais sólidos à base de carbono exibem propriedades excepcionais, como alta dureza e condutividade térmica, como no diamante. A família de revestimentos DLC é talvez a maior e representa uma das mais estudadas entre todos os outros revestimentos. Considere que não há relação direta entre dureza e coeficientes de atrito para materiais de engenharia.
No entanto, a maioria dos filmes DLC disponíveis hoje são capazes de fornecer não apenas alta dureza, mas também fricção relativamente baixa.
PROCESSO DE TERMODIFUSÃO
CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO DE TERMODIFUSÃO
Revestimentos de termodifusão de carboneto, nitreto e carbonitreto são aplicados a aços usando tratamento de banho de sal ou sistemas de leito fluidizado. O método de endurecimento de carboneto por imersão em banho de sal foi desenvolvido no Japão e tem sido usado industrialmente por quase 20 anos sob o nome de "processo de deposição Toyota Diffusion (TD)". As temperaturas do banho de sal também podem ser reduzidas para a faixa de têmpera do aço.
As técnicas de produção de revestimentos carbonitretados são usadas para baixar as temperaturas de aplicação do banho de sal fundido.
PROCEDIMENTOS E MECANISMOS NA FORMAÇÃO DE REVEST
PROCESSOS DE TERMODIFUSÃO DO CARBONETO DE VANÁDIO
TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO
- DISPOSITIVOS DE ENSAIO DE DESGASTE POR ABRASÃO-
- ESPECTROSCOPIA DE ESPALHAMENTO RAMAN
- MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA-MEV
- PERFILOMETRIA ÓPTICA
A Figura 36 mostra um espectro Raman de um filme DLC obtido pela técnica PECVD em um plasma de metano. Amostras de materiais não condutores devem ser revestidas com uma fina camada de um metal condutor (0,5 nm) pouco suscetível à oxidação (geralmente ouro). A Figura 39 mostra uma ilustração de como funciona um microscópio eletrônico de varredura (MEV) e a Figura 40 mostra o MEV disponível no LAS/CTE/INPE.
A Figura 41 representa esquematicamente os principais sinais resultantes da incidência de um feixe de elétrons de alta energia sobre uma amostra.
MATERIAIS E MÉTODOS
MATERIAIS
- SUBSTRATOS
- PREP. DEPOSIÇÃO DOS REVEST. DE DLC E VC TERMODIFUNDIDO
- DEPOSIÇÃO DE DLC
- REAGENTES DO PROCESSO DE TD DE CARBONETO DE VANÁDIO
- EQUIPAMENTOS PARA TERMODIFUSÃO
- PROCESSO DE TERMODIFUSÃO NOS AÇOS
As dimensões das amostras, além de adequadas para as caracterizações mecânicas, levaram em consideração a geometria dos cadinhos nos processos de termodifusão e a geometria da câmara do reator de deposição de DLC. Após a obtenção da superfície espelhada, as amostras foram limpas com acetona em ultrassom para remoção de óleos e/ou gorduras, que sempre mantêm as superfícies em condições adequadas para o processo de termodifusão e deposição de filmes finos de DLC. O limite inferior da fração volumétrica do sal em relação ao volume interno do cadinho é estabelecido para garantir o envolvimento da amostra no sal fundido durante o processo de termodifusão.
As quantidades de sal em cada cadinho foram aumentadas para garantir a imersão completa das amostras no sal fundido durante o processo de termodifusão.
CARACTERIZAÇÃO DOS REVESTIMENTOS
Pode-se observar que as camadas de VC depositadas do segundo lote possuem maior uniformidade e espessura de camada em relação às amostras do primeiro lote, devido ao maior volume de sal fundido e também ao maior tempo de processo.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO DESGASTE DOS REVESTIMENTOS
- DESGASTE DOS SUBSTRATOS REVESTIDOS COM VC
- DESGASTE DOS SUBSTRATOS REVESTIDOS COM DLC
- AVALIAÇÃO DO REVEST. DA USINA EM RELAÇÃO AO DLC E AO VC
Analisando os dados da tabela 5, pode-se perceber que da primeira batelada de termodifusão para a segunda, houve uma diminuição na perda de massa por desgaste na segunda batelada em relação à primeira batelada, com isso obtivemos um ganho de cerca de 2,37%, isso pode ser devido às diferenças na uniformidade e espessura da camada de VC do primeiro para o segundo lote. Para o primeiro lote de amostras testado no dispositivo, os resultados das análises de perda de massa são apresentados na Tabela 6. Os resultados mostram que o desgaste abrasivo é responsável por perdas de massa que variam de 0,28 a 1,89% da massa original das amostras com DLC revestimentos. .
Pode-se observar na Tabela 8 que mesmo com a deposição de DLC ocorrendo por uma hora a mais do que no primeiro grupo, as variações percentuais de perda de massa no primeiro e segundo grupos apresentam valores semelhantes. Além disso, uma comparação definitiva da perda de massa só seria possível se as dimensões de todos os substratos e revestimentos analisados fossem as mesmas. Pode-se observar que o desgaste é maior do que o ocorrido nos revestimentos propostos neste trabalho, que apresentam menores valores de rugosidade e perda de massa.
CONCLUSÃO
Os resultados da aplicação de DLC sobre substratos de aço AISI 1020 não foram satisfatórios devido à baixa resistência ao desgaste por abrasão, ocorrida para os dois lotes de aço AISI 1020 submetidos aos mesmos ensaios. Para os aços AISI 1045 e D2, com o mesmo revestimento DLC, os resultados foram mais favoráveis, aumentando a resistência ao desgaste em relação ao revestimento utilizado na usina e reduzindo significativamente a quantidade de massa perdida durante os ensaios. Os testes realizados indicam um aumento na resistência ao desgaste de aproximadamente 2 a 2,5 vezes em relação ao revestimento utilizado na indústria.
Portanto, pode-se concluir que os revestimentos propostos e a mudança do tipo de substrato para aços como AISI 1045 e D2 avaliados neste trabalho deram resultados satisfatórios em termos de resistência ao desgaste e que investigações mais detalhadas são necessárias para garantir sua reprodutibilidade. , especialmente no que diz respeito ao uso de um revestimento de termodifusão feito de carboneto de vanádio e melhorias na
CONSIDERAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Fabricação e caracterização de filmes finos de carbono amorfo hidrogenado depositados em plasma de metano diluído em gás nobre. Estudos de adesão de filmes de carbono tipo diamante depositados sobre substrato Ti6Al4V com intercamada de silício. Características de DLC de filmes duros de carbono amorfo depositados sobre polietileno de ultra-alto peso molecular utilizados em próteses ortopédicas.
Ciclo de vida do produto
