Aluno: Rafael Luiz Munhoz Professor: Guilherme Ourique Verran MELHORA NA VIDA DE FERRAMENTAS DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO DE ALUMÍNIO COM REVESTIMENTO PVD Aluno: Rafael Luiz Munhoz Professor: Guilherme Ourique Verran

Objetivo Ilustrar, através de casos, os ganhos conseguidos pelo revestimento dos moldes metálicos para a injeção de alumínio, sob pressão através do processo PVD (Physical Vapor Deposition) por PEMS (Plasma Enhanced Magnetron Sputtering).

Introdução Processo de fundição sob pressão de alumínio; Processo produtivo e econômico; Grandes esforços envolvidos; Alta variação térmica. Vida da ferramenta; Tempo de produção elevado; Resistência aos mecanismos de desgaste; Superfície com menos afinidade ao Alumínio.

AUMENTO DE PRODUTIVIDADE Introdução O que as empresas buscam: -Diminuição dos tempos de ciclo de processo; -Aumento da vida útil das ferramentas; -Eliminação de paradas para correção de defeitos, limpeza ou substituições de componentes; -Não utilização de desmoldantes, lubrificantes; -Facilidades de troca, ajustes e manutenção. AUMENTO DE PRODUTIVIDADE

Análise Os moldes estão sujeitos a vários tipos de agressões: Tensões térmicas; Desgaste abrasivo entre o alumínio fundido e o molde, notadamente nos casos de ligas de alumínio com maior conteúdo de silício (> 13%); Desgaste adesivo, devido à “afinidade” do alumínio com o aço; Desgaste químico, devido à corrosão intergranular pela difusão de alumínio no aço; Desgaste das partes móveis do molde, devido ao contato metal/metal.

Análise Coeficiente de atrito Tempo de ciclo Taxa de escoamento Taxa de escoamento do material dentro do molde: Inversamente proporcional ao coeficiente de atrito entre molde e a superficie da peça fundida. Coeficiente de atrito Tempo de ciclo Taxa de escoamento PRODUTIVIDADE

PVD PEMS (Plasma Enhanced Magnetron Sputtering) PVD (Deposição Física de Vapor); Revestimento bastante utilizado – TiAlN (Nitreto de Titânio – Aluminio) Microdurezas elevadas – 2600HV; Revestimentos quimicamente inertes; Não modifica o estado inicial da superfície do molde. Processo de injeção sob pressão de alumínio: Temperaturas acima dos 400 ºC, que o nitreto de titânio não consegue suportar sem se degradar; A existência da afinidade química entre o alumínio e o revestimento de TiAlN.

PVD PEMS (Plasma Enhanced Magnetron Sputtering) Processo PVD (processo a arco) : Aplicação de alta energia – Maior temperatura; Átomos são fundidos e evaporados da fonte; Depositam-se no substrato por diferença de potencial; Boa adesão ao substrato e maior densidade de camada. Processo PVD (processo a pulverização - Sputtering): Baixa energia envolvida – Menor temperatura; Átomos arrancados da fonte através do choque de átomos ionizados na atmosfera; Átomos arremessados contra o substrato. Pior adesão ao substrato e menor densidade de camada; Melhor coeficiente de fricção.

PVD PEMS (Plasma Enhanced Magnetron Sputtering) Desenvolvido pelo Centro de Pesquisa e Desenvolvimento do Groupe HEF, França; Mais energia adicionada ao processo, sem aumento de temperatura; Mantem as melhores características do Sputtering e sana as deficiências (Baixa adesão, densidade);

Resultados A partir do processo PEMS desenvolveu-se uma camada de Nitreto de Titânio-Boro, com: - Elevada dureza (> 4.000 HV) – Resistência ao desgaste; - Resistência térmica (aprox. 800 ºC); - Revestimento sem afinidade com alumínio - Eliminando desgaste adesivo; - Resistência química, eliminando a corrosão intergranular; - Temp. de revestimento conveniente (250 a 300 graus Celsius); - Baixo coeficiente de fricção; - Alta densidade e homogeneidade.

Exemplos de Aplicação 1 - Injeção do corpo do atuador do sistema de direção automotivo: Problema: Aderência do material no pino sem revestimento, dificultando a extração e por consequência gerando peças defeituosas. Com o uso do revestimento de nitreto de titânio-boro por PEMS – Certess SD®, passou-se de 15.000 injeções para 100.000 injeções.

Exemplos de Aplicação 2 – Injeção de Alumínio: Problema: Adesão do alumínio (“soldagem”) na ferramenta causando desgaste adesivo. O revestimento do molde e de seus componentes proporcionou adesão insignificante, alta resistência ao desgaste e fez com que vida ferramenta fosse multiplicada por dez (x 10).

Exemplos de Aplicação 3 – Comparativo entre os revestimentos: Comparado ao revestimento com nitreto de titânio-aluminio, aplicado por PVD pelo processo a arco, o revestimento de nitreto titânio-boro, aplicado por PVD pelo processo PEMS (Certess SD) apresenta uma vida da ferramenta de 2 a 3 vezes maior.

Conclusões Exemplos mostram como o revestimento de nitreto de titânio-boro aplicado através de PVD, pelo processo PEMS, pode aumentar significativamente a vida das ferramentas de injeção de alumínio sob pressão e proporcionar ganhos operacionais. Análises econômicas tem mostrado que o investimento no revestimento por PEMS das ferramentas e seus componentes é superado pelos ganhos de produtividade.

Bibliografia - http://www.tsdobrasil.srv.br - Melhoria da produtividade em matrizes de fundição sob pressão – Horst Lindow – 2º Encontro da Cadeia de Ferramentas, Moldes e Matrizes – ABM / SP – Setembro 2004 - Catálogo Certess – HEF do Brasil Industrial Ltda – 2003