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A Universidade Federal da Paraba
Centro de Tecnologia
Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica
- Mestrado - Doutorado
REVESTIMENTOS COM MATERIAIS QUAISICRISTALINOS
VIA
ASPERSO TRMICA: CARACTERIZAO TRIBOLGICA E
MICROESTRUTURAL
Por
Bruno Alessandro Silva Guedes de Lima
Joo PessoaParaba julho, 2015
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Bruno Alessandro Silva Guedes de Lima
REVESTIMENTOS COM MATERIAIS QUAISICRISTALINOS VIA
ASPERSO TRMICA: CARACTERIZAO TRIBOLGICA E
MICROESTRUTURAL
Tese de Doutorado apresentada ao
programa de Ps-Graduao em
Engenharia Mecnica da
Universidade Federal da Paraba para
obteno do grau de Doutor em
Engenharia Mecnica.
Orientador: Professor Dr. Rodinei Gomes Medeiros
Co-orientadores: Professor Dr. Jean Marie Dubois e Richard
Kouitat Njiwa
Joo PessoaParaba julho, 2015
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L732r Lima, Bruno Alessandro Silva Guedes de.Revestimentos com materiais quasicristalinos via asperso
trmica: caracterizao tribolgica e microestrutural / BrunoAlessandro Silva Guedes de Lima.- Joo Pessoa, 2015.
145f. : il.Orientador: Rodinei Gomes MedeirosCoorientadores: Jean Marie Dubois e Richard Kouitat NjiwaTese (Doutorado) - UFPB/CT
1. Engenharia mecnica. 2. Asperso trmica. 3. Tribologia.4. Revestimentos quasicristalinos.
UFPB/BC CDU: 621(043)
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DEDICATRIA
Dedico este trabalho, com muito amor, ao meu pai, Severino Jackson, minha me Zenaide,
a minha esposa Ana Paula.
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AGRADECIMENTOS
Acima de tudo agradeo a Deus.
minha me Zenaide e ao meu Pai Jackson a quem devo minhas principais conquistas,
cujo carinho e apoio foram de fundamental importncia nos momentos difceis e cuja
compreenso constituir sempre minha referncia de sublimidade. Gratido eterna.
Aos meus irmos, afilhados e sobrinha (Zeta-Jones).
Ao professor Rodinei Medeiros Gomes, principal responsvel pela direo dada por
este trabalho, a quem expresso meus votos de gratido por suas crticas e sugestes, pelo
estmulo e principalmente por sua amizade.
Ao Professor Severino Jackson, a professora Danielle Guedes de Lima Cavalcante
pelos valiosos ensinamentos e contribuies no decorrer da pesquisa.
Aos professores Jean Marie Dubois e Richard Kouitat, por toda ateno e orientao
que foi muito importante e essencial para a realizao deste trabalho.
Aos tcnicos do LSR, Itnio, Andr, Calute, Meyson, Isaque, Breno e Joelma e as
alunas Rebecca e Thayza, por toda ajuda, apoio e amizade.
Aos meus colegas do LSR, que no citarei um a um pois a famlia grande porm, no
so menos importantes que as pessoas citadas.
Aos meus amigos Itnio, Rosngela e Dona Gilca.
universidade Federal da ParabaLSR, ao CNPQ e Capes, rgos financiadores
deste trabalho de pesquisa.
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REVESTIMENTOS COM MATERIAIS QUAISICRISTALINOS VIA
ASPERSO TRMICA: CARACTERIZAO TRIBOLGICA E
MICROESTRUTURAL
RESUMO
Pelas excelentes propriedades que apresentam, os quasicristais vem se mostrando
timos protetores de superfcies metlicas e seu estudo como revestimentos superficiais vem
crescendo cada vez mais. Neste trabalho aspergimos quasicristais pelos mtodos LVOF e
HVOF, em substratos de Ao 1020, cobre e alumnio. Em algumas amostras, umintermetlico de Cu9Al4foi aspergido entre o substrato e o revestimento quasicristalino, para
tentar melhorar a aderncia do revestimento ao substrato e proteger os revestimentos
quasicristalinos de contaminaes. Os revestimentos foram caracterizados pela tcnica de
DRX, microscopia tica e MEV. Foi feito o estudo de micro e nanodureza nos revestimentos
aspergidos. Por ltimo, foi realizado um estudo tribolgico nos revestimentos, para se avaliar
o comportamento de atrito, desgaste das camadas e aderncia entre elas e os substratos. Estes
resultados daro base para o uso desses materiais em peas e equipamentos utilizados nasindstrias. As camadas obtidas por LVOF mostraram um alto grau de oxidao e uma
aderncia ruim com o substrato. Os revestimentos obtidos por HVOF mostraram uma
elevada microdureza, com valores entre 600 e 800HV. Os valores de nanodureza e mdulo
de elasticidade encontrados nos revestimentos esto de acordo com os valores encontrados
na literatura. Pelo ensaio de risco com ponta esfrica de 800m, a carga crtica dos riscos foi
de 20N, para todas as amostras com exceo da amostra Al-Qc. No houve descolamento
em relao aos substratos, dos revestimentos com 100m de espessura e os resultados dos
ensaios de risco foram os mesmos, independentemente da sua natureza, indicando que, para
uma espessura de 100m, os revestimentos quasicristalinos se comportam como um material
macio, facilitando a proteo das interfaces. Atravs dos ensaios de simulao, pudemos
ver que, para revestimentos com espessuras de 100m, as interfaces no sofreram
deformaes plsticas. Os resultados de simulao confirmaram que, para uma espessura de
100m, os revestimentos se comportam como um material macio, independente da natureza
do substrato.
Palavras chaves: - Asperso trmica, tribologia, revestimentos quasicristalinos.
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COATINGS WITH CRYSTALLINE MATERIALS THROUGH
THERMAL SPRAY: TRIBOLOGICAL AND MICROSTRUCTURAL
CHARACTERIZATION.
ABSTRACT
By the excellent properties that present, the quasicrystals come if showing excellent
protectors of metallic surfaces and their study as surface coatings is growing increasingly.
In this work, was sprayed quasicrystals for methods HVOF an HVOF, in Steel substrata
1020, covers and aluminum.. In some samples, a Cu9Al4 alloy was sprayed between thesubstratum and the quasicristalino covering, to try to improve the adherence of the covering
to the substratum and to protect the Quasicrystalline layer of contaminations. The coverings
were characterized by the technique of DRX, optical microscopy and SEM. The study of
microhardness and nanohardness in the surfaces of sprayed coverings was made. Finally, a
tribological study of coatings was accomplished to evaluate the behavior of wear and friction
of the layers and the adherence between them and substrata. These results will provide the
basis for the use of these materials in parts and equipment used in industries. The layersobtained for LVOF had showed to one high degree of oxidation and a bad adherence with
the substratum. The coverings obtained for HVOF had showed one high micro-hardness,
with values between of 600 and 800HV. The values of nano hardness and modulus of
elasticity that was found in the coatings are in accordance with the values found in literature.
For the test of risk with spherical tip of 800m, the critical loads of the risks were of 20N,
for all the samples with exception of the Al-Qc sample. It did not have pullout in respect to
substrate of coverings with 100m of thickness and the results of the risk essays, was the
same, independent of its nature, indicating that, for a thickness of 100m, the
quasicrystalline coatings behave as a massive material, facilitating the protection of the
interfaces. Through the simulation tests, we could see that during the tests, for coatings with
thicknesses of 100m, the interfaces practically remain intact and they do not suffer plastic
deformations. The simulation results corroborate with the tests of risks confirming that for a
thickness of 100m, the coverings behave as a massive material, independent of the nature
of the substratum.
Key words: - Thermal spraying, tribology, quasicrystalline coatings.
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SUMRIO
CAPTULO I .................................................................................................................................. 1
INTRODUO .............................................................................................................................. 1
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 3
1.2.1 OBJETIVO GERAL ................................................................................................................ 3
1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS .................................................................................................... 3
CAPTULO II ................................................................................................................................. 4
2.1 INTRODUO ........................................................................................................................ 4
2.2 LIGAS METLICAS COMPLEXAS ............................................................................................ 6
2.3 QUASICRISTAIS .................................................................................................................... 10
2.3.1 OS QUASICRISTAIS E O NMERO DE OURO .................................................................... 12
2.3.2 QUASICRISTAIS UNIDIMENSIONAIS ................................................................................. 13
2.3.3 OS QUASICRISTAIS BIDIMENSIONAIS .............................................................................. 15
2.3.4 QUASICRISTAIS TRIDIMENSIONAIS .................................................................................. 16
2.3.5 FASES APROXIMADAS ...................................................................................................... 17
2.3.6 SISTEMA Al-Cu-Fe: EM EQUILBRIO ................................................................................. 18
2.3.7 LIGAS DE AL-CU-FE-B ....................................................................................................... 19
2.3.8 PROPRIEDADES DOS QUASICRISTAIS ............................................................................... 20
2.4 ASPERSO TRMICA ........................................................................................................... 24
2.4.1 PRINCPIOS E DEFINIES ................................................................................................ 24
2.4.2 CLASSIFICAO DOS MTODOS DE DEPOSIO ............................................................. 25
2.4.3 CAMADAS QUASICRISTALINAS OBTIDAS POR ASPERSO TRMICA. ............................... 29
2.5 TRIBOLOGIA ........................................................................................................................ 31
2.5.1 FENMENOS TRIBOLGICOS........................................................................................... 34
2.5.2 CONSIDERAES ECONMICAS ...................................................................................... 35
2.5.3 SOLUES TRIBOLGICAS ............................................................................................... 36
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2.5.4 ATRITO ............................................................................................................................. 39
2.5.5 DESGASTE ........................................................................................................................ 40
2.5.6 LUBRIFICAO ................................................................................................................. 41
2.5.8 TRIBOLOGIA DE REVESTIMENTOS QUASICRISTALINOS. .................................................. 42
CAPTULO III .............................................................................................................................. 45
METODOLOGIA ......................................................................................................................... 45
MATERIAIS E MTODOS ............................................................................................................ 45
3.1 ETAPA 1 REALIZADA NO LSR/UFPB ..................................................................................... 45
3.1.1 INTRODUO ................................................................................................................... 45
3.1.2 ELABORAO DA LIGA ..................................................................................................... 46
3.1.3 REVESTIMENTO DOS SUBTRATOS POR ASPERSO TRMICA. ......................................... 46
3.1.4 TRATAMENTO TRMICO .................................................................................................. 48
3.1.5 CARACTERIZAO POR DIFRAO DE RAIOS-X ............................................................... 48
3.1.6 CARACTERIZO POR MICROSCOPIA ELETRNICA DE VARREDURA E EDS. ..................... 48
3.1.7 ENSAIO DE MICRODUREZA .............................................................................................. 49
3.2 ETAPA 2 REALIZADA NO INTITUT JEAN LAMOUR/NANCY-FRANA .................................... 50
3.2 ENSAIOS DE TRIBOLOGIA .................................................................................................... 51
3.2.1 ENSAIO DE RISCO ............................................................................................................. 51
3.2.2 NANOINDENTAO ......................................................................................................... 51
3.2.3 SIMULAO NUMRICA .................................................................................................. 52
CAPTULO IV .............................................................................................................................. 53
RESULTADOS DESCULSES ....................................................................................................... 53
4.1 CARACTERIZAO DOS REVESTIMENTOS ........................................................................... 53
4.2 - ESTUDOS TRIBOLGICOS DOS REVESTIMENTOS QUASICRISTALINOS ............................. 66
4.2.1 MICRODUREZA VICKERS .................................................................................................. 67
4.2.2 NANODUREZA BERKOVICH NO REVESTIMENTO QUASICRISTALINO ............................... 71
4.2.3 ENSAIO DE RISCO ............................................................................................................. 82
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4.2.4 Simulao Numrica ...................................................................................................... 103
CAPTULO V ............................................................................................................................. 117
CONCLUSO ............................................................................................................................ 117
REFERNCIA BIBLIOGRFICA .................................................................................................. 120
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Lista de figura
Figura 2.1 - Padro de difrao de eltrons de uma estrutura quasicristalina(SCHECHTMAN, 2011)........................................................................................................5
Figura 2.2 - Poliedros - Dodecaedral, octogonal, icosaedral, triacontraedral........................10
Figura 2.3- Liga icosaedral quasicristalina (D. GRATIAS et al, 2002).................................11
Figura 2.4 - (a) Relao geomtrica de um pentgono regular: a diagonal proporcional ao
nmero de ouro, (b) Pentgono sobre um diagrama de difrao de eltrons de uma fase de
estrutura icosadrica (KENZARI, 2006)...............................................................................13
Figura 2.5 - Representao da srie de Fibonacci (ROUXEL, D., ET al., 2006)...................14Figura 2.6 - MET do quasicristal com eixo de simetria de ordem cinco. A simetria pentagonal
e uma repetio infinita com razo igual ao nmero de ouro (SORDELET, D.J.,
1997).....................................................................................................................................14
Figura 2.7 - Ladrilhos de Penrose construdos com 2 figuras geomtricas elementares
(STIHLE, 2007)....................................................................................................................15
Figura 2.8 - Seo perpendicular de um eixo decagonal de uma liga de AlCoNi ..................16
Figura 2.9 - Representao de um icosaedro e de um dodecaedro (Passos, 2006).................17Figura 2.10 - Diagrama de fases Ternrio da liga de AlCuFe rica em alumnio.....................18
Figura 2.11- Esquema do processo de asperso tmica HVOF.............................................25
Figura 2.12 Mtodos de soluo de problemas tribolgicos (LEAL, L. C, 1981)..................37
Figura 2.13 Modos de desgaste: (a) adesivo, (b) abrasivo, (c) fadiga, (d) corrosivo
[RIBEIRO, F., R., V., 2012]..................................................................................................40
Figura 3.1 - Fluxograma da metodologia realizada durante a primeira etapa do trabalho, no
LSR/UFPB...........................................................................................................................45
Figura 3.2 - Fluxograma da metodologia realizada durante a segunda etapa do trabalho, no
Intitut Lean Lamour/Nancy-Frana......................................................................................50
Figura 3.3 - Esquema do modelo de simulao.....................................................................52
Figura 4.1Mev das amostras de ao carbono1020 revestidas pelo mtodo LVOF e HVOF.
a) Ao-Qc, LVOF; b)Ao-Cu9Al4+ Qc, LVOF; c) Ao-Qc, HVOF; d) Ao-Cu9Al4+ Qc,
HVOF...................................................................................................................................53
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Figura 4.2Difratograma de raios-X da liga Al59,2Cu25,5Fe12,3B3 no estado bruto de fuso
mostrando a presena das fases , e e tratada termicamente apresentando apenas a fase
Qc.........................................................................................................................................55
Figura 4.3 - Difratograma de raios-X da liga Cu9Al4Bruta de fuso..................................56
Figura 4.4 - Difratograma de raios-X Camada Ao + Cu9Al4HVOF.................................57
Figura 4.5 Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(atomizado) (a) sem tratamento e (b)
tratado a 730C por 5 minutos...............................................................................................57
Figura 4.6 - Difratogramas de raios X da amostra Ao-Cu9Al4+ Qc(atomizado) (a) tratado a
730C por 5 minutos e (b) sem tratamento............................................................................57
Figura 4.7 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(no tratado antes da asperso) (a) tratado
a 730C por 5 minutos e (b) sem tratamento..........................................................................58
Figura 4.8 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Cu9Al4 + Qc(no tratado antes da
asperso). (a) tratado a 730C por 5 minutos e (b) sem tratamento........................................59
Figura 4.9 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Cu9Al4 + Qc ( trat. Antes da aspersao) -
HVOF (a) tratado a 730C por 5 minutos e (b) sem tratamento............................................60
Figura 4.10 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(tratado antes da asperso)...................61
Figura 4.11 - Difratogramas de raios X da amostra Ao + Qc(tratado antes da asperso)
730/5min.............................................................................................................................61Figura 4.12 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(atm) tratado a 730C por 5 minutos
e (b) sem tratamento..............................................................................................................62
Figura 4.13 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(no tratado antes da asperso).................62
Figura 4.14 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(tratado antes da asperso)......................63
Figura 4.15 - Difratogramas de raios X da amostra Cu + Qc(tratado antes da asperso) -
730/5min.............................................................................................................................64
Figura 4.16 - Difratogramas de raios X da amostra Al-CuAl + Qc........................................64Figura 4.17 - Difratograma de raios X da amostra Al-QC(sem trat. antes da asperso).......................65
Figura 4.18 - Difratograma de raios X da amostra Al-QC(com trat. antes da asperso).......................66
Figura 4.19 - Ao-Qc(Atomizado), microdureza HV X Carga (mN)...........................................68
Figura 4.20 - Al-Qce Al-CuAl+Qc, microdureza HV X Carga (mN) ...................................69
Figura 4.21- Ao-Qc(Atomizado), microdureza HV X Carga (mN)............................................69
Figure 4.22 - Grfico que ilustra profundidade de penetrao (pd) da ponta e espao
percorrido pela mesma para cada regio indetada..........................................................,,,,,,.70
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Figura 4.23 - Ensaio de Nanoindentao realizada na superfcie da amostra de Ao-
CuAl+Qc. a) Microscopia tica da indentao; b) Grfico Fn x Pd do ensaio......................71
Figure 4.24 - a) Imagem de uma impresso obtida por microscopia ptica (regio circulada);
b) Grfico Fn x Pd fornecido pelo teste de nanoindentao..................................................73
Figura 4.25 - Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade das regies transversais dos
revestimentos quasicristalinos para as amostras com substrato de ao..................................73
Figura 4.26 Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade das regies transversais dos
revestimentos quasicristalinos para as amostras com substrato de ao..................................75
Figura 4.27 Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade das regies transversais dos
revestimentos quasicristalinos para as amostras com substrato de ao..................................76
Figura 4.28 - Valores de nanodureza e mdulo de elasticidade, substratos de alumnio: a)Nanodureza, Al-CuAl+Qc; b) Nanodureza , Al-Qc; c) Eit, Al-CuAl+Qc; d) Eit, Al-
Qc......................................................................................................................................... 79
Figura 4.29 - Imagem do risco para uma carga de 1,5N para a amostra de Cu-Qc.................81
Figura 4.30 - Imagens dos riscos para uma carga de aproximadamente 20N.........................83
Figure 4.31 - Imagens dos riscos para cargas de 52 e 80N para a amostra de Ao-
CuAl+Qc..............................................................................................................................83
Figura 4.32 - Imagens dos riscos para uma carga de aproximadamente 20N. a) Ao-CuAl+Qc; b) Ao- Qc; c) Al-CuAl+Qc; d) Cu- Qc...............................................................84
Figura 4.33 - Imagens dos riscos para cargas de 52 e 80N para a amostra de Ao-CuAl+Qc.
a) Fora normal 52N; b) fora normal 80N...........................................................................85
Figura 4.34 - Perfil em 2d e 3d do revestimento quasicristalino ...........................................86
Figura 4.35 - Espessura dos revestimentos da amostra Ao-CuAl+Qc.................................87
Figura 4.36 - Grfico de risco e imagens de microscopia ptica obtida pelo equipamento. a)
Grfico do teste de risco; Imagem com fora normal de b) 1,5N, c) 22N, d) 50N e e)80N.......................................................................................................................................90
Figura 4.37. Espectros obtidos pela anlise de eds para a amostra o revestimento da amostra
Al-Qc. a) incio do risco; b) Metade do risco; c) Final do risco .............................................91
Figura 4.38 Coeficiente de frico obtido pelo teste de risco atravs dos grficos obtidos
pelos ensaios.........................................................................................................................92
Figura 4.39 - Espectros obtidos pela anlise de eds para a amostra o revestimento da amostra
Al-Qc. a) incio do risco; b) Metade do risco; c) Final do risco..............................................93
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Figura 4.40 - Coeficiente de frico obtido pelo teste de risco atravs dos grficos obtidos
pelos ensaios.........................................................................................................................94
Figura 4.41 - Resultado para ensaio de risco. a) Cu-Qc; b) Ao-Qc; c) Al-CuAl+Qc; d) Ao-
CuAl+Qc..............................................................................................................................95
Figura 4.42 - Imagens dos riscos para as amostras (a) Ao-Qc, Fn=34N, b) Cu-Qc, Fn=31N,
c) Al-CuAl+Qc, Fn=30N, c) Al-CuAl+Qc, Fn=30N e (d) Ao-CuAl+Qc,
Fn=17N.................................................................................................................................97
Figura 4.43 - Perfil em 2d e 3d do revestimento quasicristalino ao-
CuAl+Qc..............................................................................................................................99
Figura 4.44 - Grfico fornecido pelo ensaio de risco realizado com ponta de raio de 200m
na amostra Al-Qc................................................................................................................100
Figura 4.45 - Imagens dos riscos fornecidos pelo ensaio de
risco....................................................................................................................................101
Figura 4.46 - Perfil em 2d e 3d do revestimento quasicristalino ao-CuAl+Qc...................102
Figura 4.47 - Grficos 3d - tz x carga x raio de contato para uma espessura de
5m.....................................................................................................................................104
Figura 4.48 - Grficos 3d - tz x carga x raio de contato para uma espessura de100m.................................................................................................................................105
Figura 4.49 - Grficos r x tz - Fn = 80N, espessura de 100m, ponta de ao e diamante.
a) Ao-Qc; b) Al-Qc..........................................................................................................106
Figura 4.50 - Grficos r x tz - Fn = 80N, espessura de 100m, ponta de ao e diamante . a)
Ao-Qc; b) Al-Qc...............................................................................................................107
Figura 4.51 - Grficos r x tz e espessura x r, Fn = 10 e 80N, ponta de ao e diamante, ensaio
realizado na superfcie. a) Espessura x raio de contato, 10N; b) Espessura x raio de contato,
80N; c) r x tz, 10N; d) r x tz, 80N.........................................................................................108
Figura 4.52 - Perfis de presso de contato para a superfcie e interface. Grficos r x tn,
Fn=80N. a) Ao-Qc, 5m; b) Ao-Qc, 100m; c) Al-Qc, 5m; d) Al-Qc100m...............109
Figura 4.53 - Perfis de deslocamento da ponta para a superfcie e interfaceGrficos r x Uz,
espessuras de 5 e 100m. a) Ao-Qc; b) Al-Qc; c) Ao-CuAl+Qc; d) Al-
CuAl+Qc............................................................................................................................110
Figura 4.54 - Simulao plstica, Ao-Qc - Tenso plstica (Tv), a) Curva de carga Fn =40N; b) Curva de descarga Fn = 0N...................................................................................112
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Figura 4.55 - Simulao plstica, Ao-Qc, Deformao plstica (Eit), Curva de carga Fn =
20N.....................................................................................................................................113
Figura 4.56 - Simulao plstica, Ao-Qc, Deformao plstica (Eit) - a) Curva de carga,40N; b) Curva de descarga, 0N...........................................................................................113
Figura 4.57 - Simulao plstica, Al-Qc - Tenso plstica (Tv), a) Curva de carga Fn = 40N;
b) Curva de descarga Fn = 0N.............................................................................................114
Figura 4.58 - Simulao plstica, Al-Qc, Deformao plstica (Eit), Curva de carga Fn =
20N.....................................................................................................................................115
Figura 4.59 - Simulao plstica, Al-QcDeformao plstica (Eit), a) Curva de carga Fn
= 40N; b) Curva de descarga Fn = 0N.................................................................................115
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Lista de Tabelas
Tabela 2.1 Principais propriedades das ligas metlicas complexas ........................................9
Tabela 2.2Fases do sistema AlCuFe (PASSOS, 2006)......................................................21
Tabela 2.3 Valores de dureza e coeficiente de frico para diversos materiais
(SHAOETURA, D. S2007)..................................................................................................23
Tabela 2.4 Condutividade Trmica de alguns materiais (SHAOETURA, D. S
2007).....................................................................................................................................24
Tabela 3.1 Amostras obtidas ................................................................................................48
Tabela 3.2 Parmetros utilizados para anlise no Microscpio Eletrnico de
Varredura..............................................................................................................................50
Tabela 3.3 - Amostras selecionadas para os ensaios tribolgicos..........................................52
Tabela 4.1: Rugosidade da superfcie do revestimento na regio das ranhuras.....................87
Tabela 4.2. Anlise de Eds do material da ranhura e na superfcie ao lado das
ranhuras................................................................................................................................89
Tabela 4.3. Anlise de Eds do material da ranhura e da amostra de Al-CuAl+Qc.................89
Tabela 4.4. Anlise de Eds do material da ranhura e da amostra de Al-Qc............................93
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Lista de Smbolos
at %porcentagem atmica Al5(Cu,Fe)5, AlFe(Cu) - cbica (tipo CsCl)
2fase cristalina AlFe3
1 Al50Cu35Fe15
Al52,5Cu37.5Fe10
Al50Cu40Fe10
4 Al55Cu35Fe15
1AlFe3- CCC
B2fase nanocristalina
Ccurto
DQCDecagonal Quasicristalina
e/aconcentrao de eltrons por tomo
hhora
iicosaedral
IQCicosaedrais quasicristalinos
Llongo
2fase cristalina Al3Fe
Al Cu Fe tipo Ni2Al3
Al6Cu2Fe - Icosaedral
MAEMoagem de Alta Energia
Al5Fe2Monoclnica
AlCuortorrmbica tipo Ni2Al3
QCquasicristal
RMMRefinamento por Moagem Mecnica
AlCu(Fe)
Al2Cu - tetragonal
Al18Cu10Fe
Al7Fe2- ortorrmbica
12Al3Fe com diferentes quantidades de cobre dissolvido
Al13Fe4Monoclnica
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xvii
Al7Cu2FeTetragonal
EMdulo de Elasticidade
HvDureza
KicTenacidade Fratura
LMC - Ligas metlicas complexas
Tv - Tenso normal
Eit - Deformao plstica
Ao-CuAl+qc - Amostra com substarto de ao revestida com Cu9Al4e a liga
quasicristalina AlCuFeB.
Al-CuAl+qc - Amostra com substarto de Alumnio revestida com Cu9Al4e a liga
quasicristalina AlCuFeB.Ao-qc - Amostra com substarto de ao revestida a liga quasicristalina AlCuFeB
Al-qc - Amostra com substarto de Alumnio revestida a liga quasicristalina AlCuFeB
Cu-qc - Amostra com substarto de Cobre revestida a liga quasicristalina AlCuFeB
HVOF - High Velocity Oxygen Fuel
LVOF - Low Velocity Oxygen Fuel
atmatomizado
s.tSem tratamento antes da aspersoc. t.Com tratamento antes da asperso
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CAPTULO I
INTRODUO
A aplicao por asperso trmica de revestimentos protetores, com finalidades de
engenharia, utilizada para elevar a resistncia ao desgaste, corroso, isolamento
trmico e eltrico e contra incompatibilidades qumicas e biolgicas. Desta forma, uma
das principais vantagens no desenvolvimento da tecnologia da asperso trmica est em
aumentar a vida til de sistemas e peas, em face o elevado custo de componentes de
reposio, aliado as vantagens de se recuperar peas s quais geralmente se eliminaria ou
substituiria. Podem-se citar vrias aplicaes para a tcnica de asperso trmica: (i) na
indstria de implantes, por exemplo, podem-se revestir as peas implantadas, com a
finalidade de melhorar algumas propriedades como a dureza e resistncia ao desgaste das
mesmas; (ii) na indstria do petrleo, aonde a asperso trmica vem sendo muito usada
com a finalidade de proteger as superfcies das tubulaes de petrleo e gs contra o
desgaste e a corroso imposta pelo ambiente; (iii) revestimento da superfcie de motores
a combusto interna para melhorar a repetncia ao desgaste, resistncia ao desgaste e
corroso. Atualmente o uso da asperso trmica para a obteno de revestimentos vem
sendo cada vez mais utilizadas nos setores de indstria e sua utilizao aumenta a cada
dia.
Nesse contexto, os quasicristais (QCs) podem oferecer diversas vantagens como
revestimentos protetores devido as suas excelentes propriedades mecnicas e superficiais
como, elevada dureza, baixa energia superficial, baixo coeficiente de atrito, boa
resistncia oxidao e corroso, ainda baixas condutividades eltrica e trmica.
As ligas quasicristalinas so materiais com caractersticas microestruturais
distintas, so aperidicos, porm com ordenao longo alcance. O quasicristal possui
uma simetria rotacional incompatvel com os princpios de ordenao da cristalografia
convencional, com eixos de rotaes de cinco, oito, dez e doze. So estas caractersticas
incomuns na estrutura dos quasicristais que permitem estes materiais possurem
propriedades incomuns para materiais metlicos e ao mesmo tempo, muito importantes
para indstria tecnolgica. Uma das principais caractersticas dos materiais
quasicristalinos a sua elevada dureza e fragilidade. Esta fragilidade limita o uso dos
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quasicristais em forma de p, sendo assim, um excelente material para ser aspergido
termicamente como reforo de um substrato.
As propriedades superficiais e mecnicas dos QCs colocam estes materiais como
uma excelente alternativa para o reforo de superfcies. Podemos citar exemplos como,
aumentar a dureza de materiais com superfcies muito dcteis e com pouca resistncia ao
desgaste, diminuir o atrito em superfcies que precisem entrar em contato com outras
superfcies como rolamentos, para proteger superfcies de problemas de oxidao e
reduzir problemas de superaquecimentos destas superfcies.
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1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GERAL
Obter filmes superficiais contendo fases quasicristalinas utilizando ps da liga
Al59Cu25,5Fe12,5B3em substratos de alumnio, Cobre e Ao 1020, atravs das tcnicas de
asperso trmica LVOF e HVOF, visando promover maior resistncia ao desgaste e
abraso, resistncia a corroso das superfcies aspergidas.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS
Obteno dos filmes quasicristalinos com composio Al59Cu25,5Fe12,5B3,
sobre substratos de ao1020, alumnio e cobre por duas tcnicas de
asperso trmica LVOF e HVOF. As camadas obtidas foram
caracterizadas difrao de raios-X, microscopia ptica e microscopia
eletrnica de varredura.
Avaliar como a utilizao de uma camada intermediaria de CuAl entre o
substrato e o filme quasicristalino, influencia na aderncia e na preveno
de contaminao do revestimento pelo substrato.
Avaliar como o mtodo de obteno do p utilizado para asperso, o
substrato, os mtodos de asperso e o tratamento trmico influenciam nas
propriedades tribolgicas e mecnicas estudadas dos revestimentos. Para
o estudo destas propriedades realizou-se ensaios de microdureza enanodureza e teste de risco nos revestimentos quasicristalinos.
Simulao numrica para prever o comportamento elstico e plstico das
superfcies dos revestimento e nas interface.
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CAPTULO II
2. REVISO BIBLIOGRFICA
2.1 INTRODUO
Os quasicristais so um caso particular de ligas metlicas complexas (LMA), que
so ligas constitudas de pelo menos dois elementos, comumente trs, onde a estrutura
cristalina descrita por uma clula unitria gigante, podendo conter vrias centenas ou
at mesmo milhares de tomos nesta clula unitria e constitudo, tambm, por um
subgrupo de simetria, incompatvel com a simetria de translao. As ligas metlicas
complexas (Complex Metallic Alloys - CMA), tambm chamadas SCAPs (structurally
complex alloy phases) [URBAN, 2004] apresentam propriedades atpicas, que so muito
diferentes daquelas dos metais que as constituintes e isso obviamente se aplicam aos
quasicristais. Estas propriedades atpicas uma das consequncias da complexidade
estrutural, tanto do ponto de vista cristalogrfico como do ponto de vista eletrnico.
Vrios tipos de LMA existentes dependem da natureza dos elementos que a constitui e de
suas respectivas concentraes. As ligas mais estudadas, dentre estas, so baseadas no
alumnio [DUBOIS, J.M, 2005]. Os quasicristais constituem o caso de LMA, no qual a
rede tem dimenso infinita [DUBOIS et al.,2008].
A descoberta dos quasicristais em 1982, pelo pesquisador israelense
D.Schechtman lhe rendeu o prmio Nobel de Qumica de 2011. Ao estudar por
microscopia uma liga temperada de Al-Mn, Schechtman percebeu uma estrutura cuja
simetria rotacional era incompatvel com os princpios de ordenao da cristalolografiaconvencional.
Efetivamente, os padres de difrao eletrnica das ligas Al-Mn solidificados
rapidamente apresentavam pontos de resolues finas, sugerindo uma simetria de
ordem 5, pertencente ao grupo espacial m35, apresentando 6 eixos de simetria de ordem
5. Na poca, a descoberta do Schechtman enfrentou muita resistncia, pois na
cristalografia clssica, s se admitia eixos de simetria de rotao de ordem 1, 2, 3, 4 e 6.
Mesmo contrariando o meio cientfico, Schechtman e colaboradores publicaram a novadescoberta [SCHECHTMAN, et al., 1984], os quasicristais, uma estrutura que
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apresentava eixo de ordem 5, contrariando, portanto, conceitos cristalogrficos bsicos
que traz consigo a periodicidade tridimensional. Mesmo assim, os pontos de difrao com
resolues finas atestaram que a estrutura se apresentava bem ordenada, figura 2.1.
Figura 2.1 - Padro de difrao de eltrons de uma estrutura quasicristalina
[SCHECHTMAN, 2011].
Em relao a sua estrutura, podemos classificar os quasicristais, nos seguintes
grupos [YAMAMOTO, A., 2008]:
Quasiperidicos em duas Dimenses (quasicristais poligonais ou diedro) - H uma
direo perpendicular peridica para as camadas quase peridicas:
Quasicristal octogonal com simetria de 8 vezes local[clula primitiva de
corpo centrado]
Quasicristal decagonal com simetria 10 vezes local
Quasicristal dodecagonal com simetria de 12 vezes local
Quasiperidicos em trs Dimenses (sem direo peridica):
Quasicristais icosadricos com 5 vezes [clula primitiva decorpo centrado
e de face centrada]
Quasicristais icosadricos com simetria quebrada (Cd5.7Yb binrio estvel)
Atualmente, existem mais de uma centena de ligas quasicristalinas diferentes,
como por exemplo, ligas a base de alumnio, magnsio, zinco, zircnio, o cdmio e
titnio, que j foram obtidos e tm sido bastante exploradas [JEEVAN,H.S.,2004]. Ligas
quasicristalinas base de alumnio, tais como Al-Cu-Fe, so mais so mais baratas e
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309303008688http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309303008688 -
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atxicas, e desta forma, melhor, comercialmente falando. Os componentes que entram na
composio da presente liga no so txicos, circunstncia que expande sua gama de
aplicaes. Um detalhe importante que essas ligas metlicas so tambm extremamente
frgeis os que tornam impossveis a sua utilizao sob a forma de materiais macios,
sendo por isto, frequentemente utilizados em forma de p como reforos em materiais
compsitos, filmes finos, para aplicao em camadas superficiais e ainda em catlise
[DUBOIS, J.M, 2005]. No entanto, a mistura dessas fases em uma matriz dctil uma
alternativa para superar a sua fragilidade [KENZARI, 2006].
As propriedades dos materiais quasicristalinos so um reflexo de sua estrutura
cristalina rara. Apesar de serem constitudas, apenas, de metais puros, muitas de suas
propriedades os aproximas mais dos materiais cermicos do que dos materiais metlicos,
notadamente: elevada dureza, baixa energia superficial e baixo coeficiente de atrito, boa
resistncia oxidao e corroso, elevada resistncia ao desgaste e ainda baixas
condutividades eltrica e trmica. Essas propriedades qualificam os quasicristais a serem
usados em diversos setores da indstria tecnolgica, como por exemplo, reforo de
superfcies de rolamentos, implantes mdicos, na indstria do petrleo usando
revestimentos quasicristalinos para proteo superficial das tubulaes, como
catalisadores, como reforos em compsitos, substituto do teflon em panelas
antiaderentes e etc.
2.2 LIGAS METLICAS COMPLEXAS
Ligas metlicas complexas so caracterizadas por sua frmula qumica, grande
tamanho de sua clula unitria contendo centenas ou at milhares de tomos por clula
unitria e variedade de conjuntos atmicos da clula unitria [DUBOIS et al.,2008]. Essascaractersticas diferem as ligas metlicas complexas das ligas cristalinas convencionais.
A periodicidade da clula unitria cristalina nas LMC no uma propriedade relevante,
uma vez que se torna muito maior que a distncia mdia do vizinho mais prximo, e mais
especificamente, superior distncia que caracteriza as interaes bsicas no cristal.
Como consequncia, a maioria das propriedades fsicas e, principalmente, o transporte de
eltrons, afasta-se significativamente dos observados em metais e ligas convencionais que
so caracterizados por clulas unitrias menores, contendo apenas alguns tomos. Aconduo de calor, por exemplo, em uma LMC de Al-Cu-Fe, com composio adequada,
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embora feito de bons condutores de calor, possui conduo de calor to baixa quanto ao
dixido de zircnio, um isolador de calor tpico usado na indstria aeroespacial [Dubois,
J.M.,1993.].
Desta forma, podemos ver que a complexidade estrutural destes materiais resulta
em uma estrutura eletrnica muito particular, alm de poderem proporcionar uma
combinao nica de propriedades, ausentes nos materiais metlicos convencionais. O
motivo que faz com que estes tomos se organizem, micro - estruturalmente e
quimicamente, desta maneira permanece um mistrio.
Existem vrios tipos de LMAs, dependendo da natureza dos elementos que as
compe e suas respectivas concentraes. A mais estudada at agora so as ligas base
de alumnio [Dubois, J.M. (2005)]. Elas compreendem os quasicristais, que foram
apontadas pela primeira vez por Shechtman no perodo 1982-1985 em uma liga
metaestvel de Al-Mn, obtida por solidificao rpida [SCHECHTMAN, et al., 1984, D.
Shechtman and Il Blech, 1985]. Mais tarde, a existncia dos quasicristais estveis foi
revelada por diferentes grupos, entre os quais as contribuies mais decisivas vieram de
Tsai et al. que demonstraram que quasicristais podem ser obtidas em vrios ligas base
de Al em composies especficas, mas por resfriamento lento por fuso [Dubost, B et
al., 1986, TSAI, A.P et al., 1987, TSAI, A.P et al., 1990a, TSAI, A.P et al., 1990b].
A composio das LMC frequentemente aquela de um ternrio, ou de um
quaternrio e etc, isto , a de uma liga multicomponente. Contudo, alguns compostos
cristalinos complexos binrios foram estudados nos ltimos anos, e conduziram
descoberta notvel de um quasicristal binrio estvel [Tsai, A.P., et al, 2000].
Na tabela 2.2 abaixo, listamos algumas das principais propriedades das ligas
metlicas complexas [HOEHENER, K.].
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Tabela 2.1 - Principais propriedades das ligas metlicas complexas
Propriedades de Superfcies Propriedades de Energia Outras
propriedades
Molhabilidade
(Hidrofbico)
Condutividade trmica
ajustvel
Fora, elasticidade e
dureza
Resistncia a corroso; Condutividade eltrica Estabilidade trmica
Resitncia a oxidao Ajustvel Propriedades pticas
Baixo atrito (Vcuo)
Coeficiente Termoeltrico
ajustvel Propriedades Magnticas
Baixa adeso para metais
Maior capacidade de
armazenamento de
hidrognio
Gros de tamanhos Nano
Alta dureza
Boa absoro de luz
infravermelha e a
estabilidade a alta
temperatura para
converso de calor
Com todas estas propriedades que as estruturas complexas das LMCs
proporcionam, podemos imaginar algumas combinaes nicas de propriedades
funcionais como: condutividade eltrica substancial combinada com baixa condutividadetrmica;
combinao de boas propriedades de absoro de luz infra-vermelha, com alta
estabilidade de temperatura;
combinao da alta dureza com reduzida aderncia slido-slido e molhabilidade
por lquidos polares;
resistncia eltrica e trmica ajustvel de acordo com a variao da composio;
propriedades de isolamento trmico que pode ser obtida em condies adequadas;
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excelente desempenho a alta temperatura e baixa sensibilidade corroso foi
demonstrado;
propriedades termoeltricas atraentes;
alta absoro de hidrognio (CMAS baseada em Ti).
Este grande nmero de propriedades que a estrutura complexa das LMs as suas
combinaes fazem com que este material possa ter diversas aplicaes no setor industrial
tecnolgico. Podemos listar algumas dessas aplicaes de acordo com as propriedades.
Algumas aplicaes relacionadas a energia:
isolamentos trmicos;
aplicaes termoeltricos;
armazenamento de hidrognio.
Algumas aplicaes de revestimentos:
Aplicaes Tribolgicas;
Reduo de Soldagem a frio;
Reduo da Abraso;
Adapato para sua molhabilidade;
Proteo contra corroso;
Obteno de Materiais Nanoestruturados.
Outras aplicaes:
Aplicaes onde a alta temperatura seja necessria;
Materiais Metlicos ou polimricos reforados com precipitaes ou
disperses de nano partculas de ligas da famlia das LMA,s
Catlises;
Aplicaes Magnticas;
Aplicaes pticas.
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Essa lista de propriedades e aplicaes mostra a importncia do estudo e do
desenvolvimento das LMs para a Indstria tecnolgica.
2.3 QUASICRISTAIS
Os quasicristais, que fazem parte do grupo de Ligas Metlicas Complexas, so
caracterizadas (i) por sua frmula qumica, (ii) o tamanho de sua clula unitria que so
grandes e possuem at milhares de tomos em seu interior, e (iii) a variedade de conjuntos
atmicos que esta clula unitria possui [DUBOIS, J.M et al.,2008], e encontram-se numa
posio entre o cristal e o amorfo. Diferentemente dos cristais, os quasicristais tm
estrutura complexa. Essa estrutura apresenta uma repetio quase-periodica no seu
arranjo dos tomos, quase-periodicidade estas causadas pelas simetrias rotacionais no
permitidas pela cristalografia clssica. Os quasicristais so, portanto, estruturas ordenadas
longa distncia sem periodicidade de translao. Detm, habitualmente, simetrias de
ordem 5, 8,10 ou at 12 interditados pela cristalografia clssica, podemos ver estas
estruturas na Figura 2.2 abaixo.
Figura 2.2 - Poliedros - dodecaedral, octogonal, icosaedral, triacontraedral
Estas ordens de simetria podem ser denominadas como falsas simetrias, visto
que, as operaes de translao num espao tridimensional, que so caractersticas
imprescindveis em corpos simtricos, no so aplicadas aos materiais quasicristalinos.
Os quasicristais so compostos por unidades estruturais icosaedrais, octogonais,
decagonais ou dodecaedrais ao invs de clulas unitrias comuns aos cristais[HUTTUNEN-SAARIVIRTA, 2004].
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A diferena entre cristais e quasicristais pode ser entendida atravs de uma
analogia com um cho coberto de ladrilhos: pode-se recobrir o assoalho com ladrilhos
triangulares, quadrados, retangulares ou hexagonais, mas no possvel faz-lo com
pentgonos, pois essas Figuras no se encaixam perfeitamente e sobra espao entre elas.
Da mesma forma, acreditava-se, at 1982, que, nos slidos, apenas alguns padres
de ordenamento atmico eram possveis: um padro icosadrico, por exemplo, no
poderia ocorrer, pois icosaedros (poliedros de 20 faces triangulares iguais) no se
encaixam perfeitamente, deixando espaos entre si e desta forma o ordenamento no seria
perfeito. O que Shechtman mostrou em 1982, atravs de estudos microscpicos da liga
AlMn, foi que existem, sim, esses materiais com ordenamento imperfeito, so os
quasicristais. No caso desta liga AlMn, a estrutura encontrada foi a icosaedral.
Na Figura 2.3, temos um exemplo em que os tomos da liga Al-Cu-Fe formam
uma estrutura tambm Icosaedral [GRATIAS. D., et al, 2002].
Figura 2.3 Liga icosaedral quasicristalina [D. GRATIAS et al, 2002]
Desde a descoberta da fase icosaedral quasicristalina AlMn, outras ligas foram
elaboradas. Doravante, trs classes de materiais quasicristalinos puderam ser observadas
em diferentes sistemas. Existem ligas, segundo as quais a quasiperiodicidade pode ser
observada segundo 1, 2 ou 3 dimenses. Estas so chamadas, respectivamente, de
quasicristais unidimensional, bidimensional (fase decagonal) ou tridimensional (fases
icosaedrais). No diagrama de fases, a existncia das ligas quasicristalinas encontra-se
numa faixa composicional muito estreita. Para composies qumicas muito vizinhas,
encontram-se frequentemente fases cristalinas peridicas, com grandes redes, nas quais a
estrutura local muito parecida com as dos quasicristais. Estas fases so demoniadas defases aproximadas. s ligas quasicristalinas juntamente com as fases aproximadas
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pertencem a um vasto grupo de ligas denominadas, como j mencionado, de
intermetlicos complexos, reforando o conceito j especificado [KENZARI, 2006].
2.3.1 OS QUASICRISTAIS E O NMERO DE OURO
O nmero de ouro, tambm denominado de proporo divina, se encontra
regularmente na natureza, em formas geomtricas, na matemtica, bem como nos padres
de difrao das ligas quasicristalinas. O nmero de ouro definido pela seguinte relao
matemtica:
=+5
= ,6833, eq. 2.1
Que a soluo positiva da equao:
= , eq. 2.2
fcil observar, num diagrama de difrao eletrnica de uma fase icosaedral, a
presena de uma simetria pentagonal (Figura 2.4-b). Quando os pontos de difrao so
conectados entre si, pentgonos regulares sobressaem-se. A relao do comprimento da
diagonal com o seu lado igual ao nmero de ouro [Figura 2.4-a). Os padres de difrao
dos quasicristais apresentam uma simetria de inflao (crescimento) a relao das
distncias at a origem dos dois pontos mais intensos ao longo dos eixos pentagonais,
Figura2.4, um nmero irracional. Para uma fase icosaedral, este nmero uma parte
inteira do nmero de ouro. O padro de difrao deixa aparente pentgonos regulares
(com pontos alinhados entre eles). A diagonal de um pentgono serve de base para a
construo do pentgono seguinte. Este novo pentgono ter ento uma diagonal 2. A
distncia entre dois pontos sucessivos seguindo uma mesma direo acrescida de um
valor . Logo uma simetria de crescimento ento observada para este tipo de estrutura.
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Figura 2.4(a) Relao geomtrica de um pentgono regular: a diagonal proporcionalao nmero de ouro, (b) Pentgono sobre um diagrama de difrao de eltrons de uma
fase de estrutura icosadrica [KENZARI, 2006].
2.3.2 QUASICRISTAIS UNIDIMENSIONAIS
Embora os cientistas logo explicassem os difratogramas, fazendo uso de eixo de
simetria proibida (cinco, oito, dez e doze), que tipificam a estrutura quasicristalina, no
ficavam evidentes como os tomos se organizavam para preencher este espao
aperiodicamente. Uma construo matemtica unidimensional trouxe uma resposta
imediata para o problema e ajudou a entender a natureza da ordem aperidica
quasicristalina, a sequncia de Fibonacci. Essa srie consiste em uma sucesso de dois
objetos, s vezes simbolizada por dois elementos de linha reta, sendo um longo (L) e outro
curto (C), que crescem seguindo regras de substituies simples. Uma construo deste
tipo encontra-se exemplificada na Figura 2.5 [ROUXEL, D., et. al., 2006].
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1 -L
2 - LC
3 - LCL
5 - LCLLC
8 - LCLLCLCL
9 - LCLLCLCLLCLLC, etc.
Ou ainda:
Figura 2.5 - Representao da srie de Fibonacci [ROUXEL, D., ET al., 2006].
O nmero de L ou C de cada etapa a soma de L (ou C) das duas etapas
precedentes. O nde L nde C , toma os valores sucessivos (1/1, 2/1, 3/2, 5/3, 8/5,13/8,...), esta razo tende, curiosamente, ao n de ouro [JANOT, C., et. al. 1998). Atravs
do nmero de ouro (nmero irracional eq. 2.3) podemos definir a distncia entre os
planos. A Figura 2.6 mostra a variao do espaamento interplanar de uma amostra
quasicristalina sendo influenciada pelo nmero de ouro.
= + 5 = .68 eq. 2.3
Figura 2.6 - MET do quasicristal com eixo de simetria de ordem cinco. A simetriapentagonal e uma repetio infinita com razo igual ao nmero de ouro [SORDELET,
D.J., 1997]
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A sequncia apresentada na Figura 2.5, embora infinita, nunca se torna peridica,
mas ordenada, visto que cada etapa de formao depende de duas etapas precedentes.
A construo da estrutura quasicristalina se d por substituio, utilizando a srie de
Fibonacci como regra de crescimento. Pode-se, dessa forma, concluir que a estrutura
quasicristalina instvel, quando comparada aos cristais num espao unidimensional.
2.3.3 OS QUASICRISTAIS BIDIMENSIONAIS
Os quasicristais bidimensionais so peridicos em uma direo e aperidico em
seu plano complementar. sabido que impossvel completar um plano com Figurascom simetria de ordem 5 ou 10, pois o espao preenchido sempre fica com vazios. Porm
o matemtico R. Penrose, demonstrou que possvel preencher o plano com Figuras que
obedecem a simetria de ordem 5 utilizando, para isto, pelo menos duas Figuras
elementares [PENROSE, R., 1974]. A Figura 2.7 apresenta um exemplo tpico de plano
quasiperidico em duas dimenses, sem espaos vazios. Observa-se na ilustrao que
possvel a construo de um ladrilho com dois tipos de Figuras geomtricas elementares
de tal modo que o conjunto no peridico (no h simetria de translao), existindo, no
entanto, simetria de rotao do pentgono [PENROSE, R., 1974). No ladrilho apresentado
na Figura 2.7, com tamanho infinito, a relao entre o nmero do losango A (em amarelo)
sobre o nmero do losango B (em azul) igual ao nmero de ouro [STIHLE, A., 2007].
Figura 2.7 - Ladrilhos de Penrose construdos com 2 Figuras geomtricas elementares[STIHLE, 2007].
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Nas ligas reais, aquelas que apresentam fases decagonais correspondem aos
quasicristais bidimensionais. Estas fases possuem planos quasiperidicos empilhados
periodicamente segundo uma direo [BENDERSKY, L., 1985]. A Figura 2.8 ilustra a
seo perpendicular de um eixo decagonal numa liga de AlCoNi.
Figura 2.8Seo perpendicular de um eixo decagonal de uma liga de AlCoNi
Para descrever as fases aproximadas das fases decagonais, imagina-se um motivo
que se assemelha com aquele descrito por Penrose, mas que, no entanto, repetem-se
periodicamente no plano. Estes so denominados, tambm, cristais peridicos de grandes
retculos. Neles a ordem local similar quelas dos quasicristais. Lembrando, como j
citado, que as fases aproximadas e as quasicristalinas pertencem s ligas intermetlicas
complexas. Tanto as fases quasicristalinas como as fases aproximadas so observadas em
numerosos sistemas. Estas so, frequentemente, observadas em composies qumicas
vizinhas dos quasicristais e podem pertencer a todos os sistemas cristalinos conhecidos
[DUBOIS, 2005]. Um exemplo de ligas aproximadas Al70Ni15Co15 (ortorrmbica)
que muito prximo da sua correspondente quasicristalina l71,Ni14,o14, o que
comprova a pontualidade qumica das ligas quasicristalina [TSAI, A.P, 1987].
2.3.4 QUASICRISTAIS TRIDIMENSIONAIS
Os quasicristais tridimensionais so aperidicos nas trs direes espaciais: so as
fases icosaedrais. Estes quasicristais detm simetria (m35). Os icosaedros possuem 20
faces triangulares equilaterais com 12 vrtices e 30 arestas. Este grupo espacial se
comporta 1 eixo de simetria de ordem 5 a cada vrtice, 10 eixos de simetria de ordem 3
no centro de cada face, 15 eixos de ordem 2 no meio das arestas e um centro de inverso.
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Existem outros poliedros no qual o grupo de simetria o mesmo dos icosaedrais, como
os dodecaedros e icosidodecaedros. Na Figura 2.9, possvel observar a representao de
um icosaedro e de um dodecaedro.
Figura 2.9Representao de um icosaedro e de um dodecaedro [Passos, 2006].
Os icosaedros possuem simetria de rotao, no espao recproco da ordem de 5, 3
e 2. Exemplos de quasicristais tridimensionais estveis: Al62Cu25,5Fe12,5 [CFC),
Al51Cu12,5Li36,5, Al70Pd21,5Mn8,2, etc.
2.3.5 FASES APROXIMADAS
Reforando os conceitos j especificados nos tpicos anteriores, as fasesaproximadas so fases cristalinas, onde a sua micro-estrutura, curtas distncias, bem
prxima do seu quasicristal correspondente. No entanto, apresentam ordenao
periodicidade longo alcance. Deste modo, trata-se de cristais de grandes retculos.
Foram descobertos dentro do domnio de composies vizinhas s dos quasicristais.
Logo, uma pequena fuga de composio durante o processamento pode ser suficiente para
transform-los em aproximantes.
Estas estruturas tambm podem ser descritas pelo mtodo de corte (mthode decoupe). Relembrando os conceitos citados: se a inclinao (tg) for um nmero racional,
trata-se de um cristal aproximado. Os aproximantes so deste modo, compostos
cristalinos em que a composio e as propriedades so similares as dos quasicristais, mas
que so, no entanto, fases cristalinas no sentido mais clssico do termo. Na realidade so
denominadas de fases aproximadas, pois a ordem local a curta distncia, dos seus
grandes retculos peridicos, so muito prximas dos quasicristais puros. A anlise por
difrao de raios X ou por difrao de eltrons permite diferenciar os quasicristais dos
cristais aproximados [SIHLE, A., 2007].
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2.3.6 SISTEMA Al-Cu-Fe: EM EQUILBRIO
O diagrama de Al-Cu-Fe foi inicialmente estudado por Bradley. Em seus
trabalhos, eles discutiram a ento desconhecida fase , como sendo luFe, e na mdia
da regio Al65Cu22,5Fe12,5. Para eles estas fases eram formadas pela reao perittica das
fases 2-AlFe3com o lquido remanescente. A Figura 2.10 mostra o diagrama de fases
Ternrio da liga de AlCuFe rica em alumnio.
Figura 2.1014 - Diagrama de fases Ternrio da liga de AlCuFe rica em alumnio
FAUDOT, J., et al., 1991, esquematizaram outro diagrama pseudo-binrio. Neste,
observou-se uma faixa estreita de composio para a fase quasicristalina sendo esta de
Al(61,75-64) Cu(24-24) Fe(12-12,75). Neste caso a fase quasicristalina obtida pela reao
perittica da fase l(u,Fe), a fase -Al3Fe e o lquido remanescente a uma temperaturade 860C [PASSOS, T., 2006]. No caso da liga de composio de Al65Cu22.5Fe12.5, a faixa
de temperatura de recozimento para promover a reao perittica, est em torno de 600C
a 800C. A fase quasicristalina, na temperatura ambiente, ocorre com a presena da fase
-l1Fe4, tambm em equilbrio com a fase -Al5(Cu,Fe)5 . Isto foi observado pela
primeira vez por VAM BUUREN et al., 1991. As fases que constituem o sistema ternrio
AlCuFe esto resumidas na Tabela 2.2, onde est indica, igualmente, a estrutura das fases
[HUTTUNEN-SAARIVIRTA, 2004].
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Tabela 2.2Fases do sistema AlCuFe [PASSOS, 2006].Fase Estrutura
AlCuOrtorrmbica tipo Ni2Al3
AlCu(Fe)
Al2Cu - Tetragonal
Al7Fe2 - Ortorrmbica
1 2 Al3Fe com diferentes quantidades de cobre dissolvido.
Al13Fe4 - Monoclnica
Al5Fe2 - Monoclnica
1 AlFe3 - CCC
Al5(Cu,Fe)5, AlFe(Cu) - Cubica (tipo CsCl)
Al Cu Fe tipo Ni2Al3
Al18Cu10Fe
Al6Cu2Fe - Icosaedral
Al7Cu2Fe - Tetragonal.
2.3.7 LIGAS DE AL-CU-FE-B
Muitos estudos [Janot, C., 1998, STEBUT, J., 1996, Sordelet, D.J., et al., 1998]
indicam que a maioria dos QC's so muito frgeis em temperatura ambiente e muito fceis
de serem fraturados, mesmo tendo sido submetido a uma deformao muito pequena. Em
alta temperatura, A1-Cu-TM CQs (TM = Fe-B, Cr, Si) mostram uma elevada plasticidade
aps compresso. Para as ligas quasicristalinas de Al-Cu-Fe, uma pequena quantidade da
adio de boro pode modificar a sua estrutura e melhorar significativamente o resistncia
fratura dos materiais. Geralmente, como os quasicristais carecem de deformao
plstica temperatura ambiente, mais difcil interpretao da tenacidade fratura de
QCs do que o de outras ligas comum. XI-YING et al. (2003), por meio da tcnica de
indentao Vickers encontraram, o Mdulo de elasticidade, a microdureza e a tenacidade
fratura da liga quasicristalina Al59Cu25,5Fe12,5B3, com valores de 134GPa, 6.5GPa e
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1.36MPa.m1/2, respectivamente. Observou-se que o tamanho radial da sua trinca de
cerca de 250 - 500mn. Eles chegaram a concluso, com isso, que a iniciao da trinca e
sua propagao depende de sua microestrutura, na qual existe microtrincas pr-existente
e um pequeno nmero de poros. A falha da fratura deste QCs induzido pela indentao
pode ter ocorrido pela existncia das falhas intergranular e as falhas transgranular.
2.3.8 PROPRIEDADES DOS QUASICRISTAIS
Toda aplicao tecnolgica de um certo material depende de suas propriedades.
No caso dos quasicristais o interesse advm, principalmente, de suas propriedades fsico-
qumicas paradoxais para sistemas metlicos, e de suas propriedades eletrnicas, alm,
evidentemente, de suas caractersticas macroestruturais mpares. As principais so: os
quasicristais so materiais metlicos, mas agem quase como isolantes para eletricidade e
conduo de calor. Esses materiais so muito duros e resistem e ao desgaste e possuem
baixo coeficiente de frico. Tambm no desgruda da superfcie a que est aderida
facilmente, como ocorre com o teflon, de forma que as pessoas usam-nos para recobrir
frigideiras e panelas, mas, ao contrrio do teflon, se voc o raspa com uma faca, eles no
se soltam e no se desgastam. Outra aplicao, importante e muito til criar um material
em que, no seu interior, faz precipitar partculas muito pequenas de quasicristais, para
desta forma melhorar substancialmente as propriedades mecnicas daquele material. Um
exemplo o ao comercial produzido na Sucia sob patente de uma companhia chamada
Sandvik. Eles produzem comercialmente um ao inoxidvel com pequenas partculas de
quasicristais, extremamente forte e duro, que usado em hospitais e barbeadores eltricos.
Outros usos para os quasicristais esto em adicionar pequenas esferas desse material em
plsticos, desta forma, consegue-se fazer com que o plstico no se desgaste tofacilmente. Por exemplo, muitos aparelhos tm engrenagens de plstico, como,
ventiladores e batedeiras e, se for adicionado quasicristais em p nestes materiais, eles
no se desgastaram e duraram por muito mais tempo. Os Quasicristais ricos em alumnio,
por exemplo, tm condutividade eltrica muito baixa, quando comparada com ligas de
base alumnio cristalinas ou amorfas a baixas temperaturas. Alm do mais, essa
condutividade diminui com o aumento da temperatura, contrariando o comportamento
dos metais comuns. Sua condutividade trmica muito baixa [ROUXEL, D., 2006]. Embaixas temperaturas, as ligas quasicristalinas i-AlCuFe e i-AlPdMn tm propriedade
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trmica semelhante de alguns xidos, tais como os de Zircnia, que so considerados
excelentes isolantes. Os materiais quasicristalinos ainda possuem boa resistncia
corroso e oxidao. Curiosamente, os quasicristais detm elevada fragilidade e so
quebradios. Todavia, a partir de cem graus, at temperaturas abaixo do ponto de fuso,
tornam-se superplstico [KANG, S.S est al., 1992]. Uma interpretao desta fragilidade
que suas estruturas no apresentam os planos de escorregamento tradicionais, o que os
torna de difcil deformao e, o movimento das linhas de discordncia levaria destruio
da rede quasiperidica. Finalmente, alguns dos QC ricos em alumnio apresentam dureza
muito elevada, comparveis a de ligas metlicas cristalinas das mais duras [ROUXEL,
D., 2006].
Uma das grandes vantagens dos materiais quasicristalinos a unio de
propriedades superficiais excepcionais, o que chamou muito a ateno dos pesquisadores.
O estudo das propriedades superficiais relativamente recente, sendo bem explorada
desde 1993 particularmente por Dubois em Nancy [ROUXEL, D., 2006]. Das
propriedades dos materiais quasicristalinos, talvez a mais notvel seja a baixa energia
superficial, com valores entre 0,5 e 0,8N/m (molhabilidade de lquidos) e baixo
coeficiente de atrito. Estas duas propriedades esto diretamente relacionadas com a
estrutura eletrnica dos quasicristais. As ligas icosaedrais Al-Cu-Fe so de grande
interesse comercial por apresentarem baixo coeficiente de atrito, elevada dureza e boa
resistncia a [KIM, K.B., et al., 2001]. Estas ligas apresentam, ainda, baixo coeficiente
de expanso trmica e elasticidade, caracterizada pelo Mdulo de Young, prxima dos
metais comuns [PASSOS, T. A 2006]. Essas propriedades superficiais citadas acima,
juntamente com a fragilidade inerente aos materiais quasicristalinos, fazem com que os
quasicristais sejam timos materiais para serem usados para recobrir a superfcies de
materiais que precisem que suas superfcies sejam reforadas com algumas propriedades
que os quasicristais possam oferecer, como por exemplo, baixo atrito, resistncia acorroso, alta dureza e etc.
Na tabela 2.3, podemos ver os valores da dureza e coeficiente de atrito para vrios
materiais, inclusive para os quasicristais macios e os usados como revestimentos.
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Tabela 2.3 - Valores de dureza e coeficiente de frico para diversos materiais[SHAOETURA, D. S2007]
MaterialMicrodureza HV, GPa
Coeficiente de frico
ao Diamante
Alumnio 0,87 0,55 0,23-0,37
Ao 1,2 0,22 0,11-0,32
Cobre 0,48 0,24 0,12-0,42
Quasicristal
Al65Cu20Fe15 5,2 0,14 0,15-0,19
Quasicristal
Al64Cu18Fe8Cr85,5 0,17 0,1-0,17
Quasicristal
Al67Cu9Fe10,5Cr10,5Si37 0,13 0,09-0,17
Camada Quasicristalina
Al65Cu20Fe15 5,4 0,19 0,008-0,2
Camada Quasicristalina
Al64Cu18Fe8Cr85,5 0,22 0,07-0,22
Camada Quasicristalina
Al67Cu9Fe10,5Cr10,5Si35,8 0,19 0,07-0,23
Ainda em relao dureza, que uma das propriedades dos revestimentos
quasicristalinos mais explorada, Dubois et al., [DUBOI, J.M. et al., 1991], tambm
concluram que os revestimentos contendo uma quantidade significativa de fases
quasicristalinos podem oferecer uma alternativa interessante para o reforo da superfcie
de materiais metlicos macios, j que eles so duros (HV
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quasicristais tornam-se bons candidatos para aplicaes de desgaste leves. Alm disso, as
ligas quasicristalinas so termicamente estveis e a suas composies podem ser ajustadas
com o propsito de usa-los em algumas aplicaes resistentes corroso.
Na tabela 2.4, que mostra os valores de condutividade Trmica, podemos ver que
esta propriedade nos quasicristais menor do que a de cobre por um fator de 200, muitas
vezes, dependendo da liga, menor do que de ao inoxidvel, e comparvel com o de
slica fundida. A condutividade trmica muito baixa pode ser uma propriedade valiosa,
especialmente em combinao com um baixo coeficiente de atrito e a plasticidade a altas
temperaturas.
Tabela 2.4 - Condutividade Trmica de alguns materiais [SHAOETURA, D. S2007]
Material Condutividade trmica W.m-1.K-1
Cobre 400
Ligas de Alumnio 92-220
Ao Inoxidvel 14-88
Liga quasicristalina i-Al65Cu20Fe152
Liga quasicristalina icosaedral Al-Mn-Pd 1.6
Liga quasicristalina icosaedral Al-Pd-Re 0,8
Slica fundida 1,36
Resultados dos experimentos pticos em quasicristais icosadricos demonstraram
uma diminuio significativa na magnitude ou mesmo ausncia do pico de Drude
convencional na condutividade ptica, visto que em frequncias mais elevadas este pico
observado [HOMES, C. C., 1991], indicando um efeito muito intenso na interbanda das
transies eletrnicas. A reflexo de todos os quasicristais icosadricos altamente estveis
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e ordenados cerca de 0,6 e praticamente independente no comprimento de onda na
faixa de 0m a 00 nm [HOMES, C. C., 1991; DEGIORGI, L., et al, 1993]
2.4 ASPERSO TRMICA
No incio, o uso do processo dos revestimentos metlicos era de carter
meramente decorativo, utilizando Ouro em funo de seu brilho, cor e resistncia. Este
era processado em folhas bem finas atravs do forjamento e estas folhas podiam ser
aplicadas nas superfcies atravs de um adesivo. No incio do sculo XX, o pesquisador
Suo, Max Ulrich Schoop, fez as primeiras experincias de deposio de camadas onde
esses pesquisadores construram um aparelho que consistia de um compressor para suprir
ar, sendo aquecido ao passar atravs de uma serpentina tubular. O ar era empregado para
impelir o metal fundido oriundo de uma panela e ejet-lo como um fino borrifo, que
deveria aderir a uma superfcie preparada para receb-lo. A primeira inteno destes
pesquisadores foi obter revestimentos aderentes. Os processos com metal fundido e p
foram criados em 1910 e dois anos mais tarde Schoop produziu o primeiro aparelho para
asperso de metal slido na forma de arame. Durante a segunda Guerra mundial o
desenvolvimento da asperso trmica foi muito grande, quando a matria prima foi
reduzida e o reaproveitamento das peas e componentes era imprecendvel [LIMA, C., et
al., 2007].
2.4.1 PRINCPIOS E DEFINIES
Asperso Trmica um grupo de processos onde materiais metlicos ou no-metlicos, finamente divididos, so depositados em uma condio fundida ou
semifundida sobre um substrato preparado, formando um depsito aspergido [AWS,
1985]. A natureza do processo sinrgica, ou seja, existem diversas variveis e
componentes envolvidos que, quando atuando juntos e propriamente aplicados, a
qualidade dos revestimentos melhor. O material de revestimento pode estar na forma de
p, vareta, cordo ou arame. Na Figura 2.11 ns vemos o esquema do processo de
asperso pelo mtodo high velocity oxi fuel (HVOF).
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Figura 2.11Esquema do processo de asperso tmica HVOF
A pistola de asperso gera o calor necessrio utilizando gases combustveis ou um
arco eltrico. Quando os materiais slidos so aquecidos, mudam para um estado plstico
ou fundido e so acelerados por um gs comprimido. As partculas colidem com a
superfcie do substrato e torna-se aplainadas, formando finas partculas lenticulares que
resfriam, se conformam e aderem nas irregularidades da superfcie preparada e entre si,
formando uma estrutura lamelar. A ligao entre o depsito aspergido e o substrato pode
ser mecnica, metalrgica, qumica, fsica ou uma combinao destas formas. Muitos
metais, cermicas, compostos intermetlicos, alguns plsticos orgnicos e certos vidros
podem ser depositados por um por um ou mais processos de asperso trmica [LIMA, C.,
et al., 2007].
2.4.2 CLASSIFICAO DOS MTODOS DE DEPOSIO
Os processos de asperso so classificados em dois grupos bsicos de acordo com
o mtodo de gerao de calor e que pode ser subdividido de acordo com o tipo de processo
[AWS, 1985]:
I. GRUPO I OU DE COMBUSTO
Combusto por chama convencional
Usa energia qumica de combusto de um gs combustvel em oxignio como
fonte de aquecimento para fundir o material de revestimento. Quando utiliza p como
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consumvel, o mtodo chamado de asperso por chama de p (flame powder spray) e
no caso de consumvel estar na forma de arame, denominado de asperso por chama de
arame (wire flame spraying).
Oxicombustvel de alta velocidade
O processo de asperso oxicombustvel de alta velovidade, mais conhecido como
HVOF (High velocity oxigen fuel) foi desenvolvido no final da dcada de 1970 e comeo
de 1980 [PAWLOWSKY, L., 2008). Nos sistemas HVOF de primeira e segunda gerao,
a combusto ocorre na faixa de 3-5 bar e a chama alcana uma velocidade supersnica no
processo de expanso no bocal de sada. Os de terceira gerao operam com presses de
combusto mais altas, de 6-10 bar. Sua construo permite alcanar maiores velocidades
de partculas quando comparadas com as velocidades dos outros dois sistemas [Sobolev,
V. V., 2004].
Neste processo, o gs combustvel queimado com oxignio a alta presso,
gerando um jato de exausto de alta velocidade. O combustvel , usualmente, o propano,
o metil-propadieno ou hidrognio. O combustvel escolhido misturado ao oxignio e
queimado em ua cmara de combusto. Os produtos de combusto so liberados e se
expandem atravs de um bocal, onde as velocidades se tornam supersnicas. O p,
colocado em um compartimento aquecido e acelerado para fora do mesmo. A cmara e
o bocal so refrigerados a gua.
Em virtude do grande sucesso deste mtodo, diversas inovaes tm sido
implementadas, gerando novas variaes. Temos o exemplo da tecnologia de ultra-
revestimentos contra corroso, que baseado no HVOF, usando Hidrognio como gs
combustvel. Outra inovao baseada no HVOF o chamado sistema HVAF (High
velocity air fuel). Nesse, o ar, ao invs do oxignio, sustenta a combusto em conjuntocom o combustvel lquido, e este mesmo fluxo de ar usado para resfriar a tocha, ao
invs da gua. Este processo oferece reduo de custos [LIMA, C., et al., 2007].
Outra novidade do processo HVOF o chamado HVIF (Hipersonic velocity
forging), onde as temperaturas dos gases so expandidas e mantidas baixas o suficiente
para evitar a fuso de qualquer das menores partculas de p alimentado. A converso da
energia cintica para calor no impacto permite a fuso do revestimento apenas neste
momento, resultando em baixa porosidade e mnima quantidade de xidos aprisionados.
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Outra variao o HFPD (High frequency pulse detonation spraying). O processo
baseado nos conceitos de propulso pulsada de aeronaves e no tradicional de asperso
por detonao. Uma caracterstica deste processo sua capacidade de produzir
revestimentos de xidos cermicos extremamente densos. Por exemplo, a dureza de
revestimentos de Alumina da ordem de 1000-1100 HV0,3e, para depsitos de xido de
Cromo, entre 1500 e 1600 HV0,3.
Asperso a frio ou Cold Spray
O recente processo de asperso a frio um processo de deposio de material no
qual revestimentos so aplicados pela acelerao de ps de metais dcteis a velocidade
de 300 a 1200m/s, usando tcnicas de dinmica de gs, como Hidrognio, Nitrognio ou
Hlio. As temperaturas do processo so relativamente baixas, 0 a 800C. O processo pode
alcanar taxas de alimentao de p de at 14Kg/h, trabalhando tipicamente com 3 e
5Kg/h [LIMA, C., et al., 2007].
Devido s elevadas velocidades das partculas e consequente altssima energia
cintica, no impacto com o substrato, ocorre deformao plstica no estado slido e fuso,
produzindo revestimentos muito densos, sem que o material de alimentao seja aquecido
significativamente.
Devido ao seu princpio de construo do revestimento por impacto-fuso, o
processo clod spray limitado deposio de metais dcteis e ligas (Zn, Sn, Ag, Cu, Al,
Ti, Nb, Mo, NiCr, CuAl, ligas de Ni e MCrAlYs), polmeros ou compsitos com mais de
50% de materiais dcteis com metais frgeis ou cermicas.
As principais vantagens dos revestimentos aplicados por Cold Spray so: retm as
propriedades das partculas origianais; baixo contedo de xidos; alta densidade; alta
dureza; tenses residuais compressivas; revestimentos espessos e depsitos sobremateriais dissimilares.
Asperso por detonao (D-Gun)
Utiliza energia de exploso de misturas oxignio-acetileno para aquecer e impelir
materiais em p para a superfcie do substrato que ser revestido. O depsito extremamente duro, denso e bem aderente.
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II. GRUPO II OU AQUECIMENTO ELTRICO
Plasma de arco no-transferido (APS)
Plasma de arco no-transferido (APS), utiliza o calor de um arco plasma para
fundir os materiais de revestimentos, na forma de p. O termo arco plasma empregado
para descrever uma famlia de processos de trabalhos em metais que usam em arco
eltrico constringido para fornecer energia trmica de alta densidade.
Na asperso por plasma, um arco eltrico no transferido constringido entre
um eletrodo de Tungstnio coaxialmente alinhado e um bocal inerte ionizado, envolvido
por um ou mais gases inertes de proteo (colocar Figura). Durante o aquecimento, o gs
parcialmente ionizado, produzindo um plasma. Quando esse sai da pistola, molculas
dissociadas de um gs diatmico recombinam e liberam calor. O p introduzido no
plasma, fundido e propelido para o substrato atravs de um fluxo de alta velocidade. O
contedo de calor, as temperaturas so controladas pelo tipo de bocal, corrente do arco,
razo de misturas dos gases e taxa de fluxo de gs. O arco opera com Corrente contnua
de uma fonte de energia tipo retificadora [LIMA, C., et al., 2007].
Plasma de arco transferido (PTA)
A asperso Trmica por arco Transferido adiciona ao processo de asperso a
plasma a capacidade de aquecimento e fuso superficial do substrato. , praticamente,
uma combinao de soldagem e asperso trmica. Neste, uma corrente secundria
estabelecida entre o eletrodo e a tocha e a pea de trabalho condutora (substrato). A fuso
superficial e a profundidade de penetrao so controladas pela corrente do arcosecundrio. O material de adio pode estar na forma de p ou arame.
Entre as vantagens resultantes deste aquecimento direto, citam-se ligao
metalrgica, alta densidade dos revestimentos, elevadas taxas de deposio e maiores
espessuras por passe. A ausncia de escria e a presena de uma atmosfera de proteo
gasosa permitem um revestimento uniforme e livre de impurezas. Ainda, neste processo,
menos energia necessria, quando comparado ao arco no-transferido. Para aplicao
de alguns carbonetos, por exemplo, a asperso por plasma de arco transferido usa em
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torno de 5% da energia necessria no arco no-transferido, para o mesmo volume de
deposio.
Umas das limitaes deste processo o fato de haver aquecimento e fuso
superficial do substrato como parte do processo, com isto, alguma alterao estrutural
inevitvel.
Arco Eltrico
Na asperso trmica a arco eltrico, EAS (electric arc spraying), tambm
conhecido como arco de arame, WAS (wire arc process), dois eletrodos consumveis de
arame, que so isolados um do outro, avanam automaticamente para se encontrar em um
ponto em uma nvoa de gs atomizador. Uma diferena de potencial entre 18 e 40V
aplicada atravs dos arames, iniciando um arco eltrico que funde as pontas dos arames
eletrodos. Um gs, usualmente ar comprimido, dirigido atravs da zona do arco,
atomizando o metal fundido e projetando as partculas sobre um substrato preparado. Para
aplicaes especiais, gases inertes podem ser usados, com a finalidade de reduzir a
oxidao dos revestimentos.
Este processo difere dos outros processos de asperso trmica nos quais no h
fonte externa de calor, tais como chama de gs ou plasma induzido eletricamente.
A asperso a arco eltrico apresenta normalmente apresentam maiores taxas de de
asperso do que os outros processos [LIMA, C., et al., 2007].
2.4.3 CAMADAS QUASICRISTALINAS OBTIDAS POR ASPERSO
TRMICA.
necessrio, em muitas ocasies, melhorar as propriedades superficiais de um
material, principalmente no que se refere a dureza, atrito, resistncia ao desgaste ou
corroso. Podemos citar inmeros exemplos de ocasies onde extremamente necessria,
por exemplo, a proteo de uma superfcie em relao ao desgaste e a corroso. Para citar
um, podemos dar como exemplo as tubulaes de Petrleo e gs. extremamente
importante que o material da superfcie usado nessas tubulaes seja resistncia ao
desgaste e corroso impostos pelas condies ambientais. Esta melhoria da superfcie
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destes materiais pode ser obtida atravs da aplicao de um material duro e mais resistente
corroso na superfcie[SHIELD, J.E., 1997].
Os Quasicristais, despertam muito interesses pelas propriedades fsicas que
podem torn-los teis como material de revestimento. Para citar algumas dessas
propriedades temos a elevada dureza e mdulos de elasticidade, baixo coeficiente de
atrito, resistncia ao desgaste e corroso [WITTMAN, R., et al. 1991; KANG S.S., et al.,
1992; CHEN, H.S., et al., 1988; KOSTER, U., et al., 1992; SHIELD, J.E., et al. 1993].
O fato de serem extremamente frgeis, facilitando o uso dos quasicristais em forma de p
e consequentemente como revestimentos. Os quasicristais a base de Alumnio, atualmente
so um dos mais estudados, tm uma elevada resistncia a corroso em meio aquoso e
uma condutividade trmica baixa. [DUBOIS, J.M., et al., 1992]. Vrios estudos de
revestiementos qusicristalinos, mais especificamente as ligas de AlCuFe, demonstraram
que elas tm um baixo coeficiente de atrito (
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pisto. A deposio do mesmo nos anis de vedao diminui o atrito entre as partes em
contato. Acredita-se que a aplicao de revestimentos quasicristalinos nos pistes do
motor reduzir o consumo de combustvel j que o revestimento diminuir a temperatura
da pea.
Desenvolvido por Lynntech, Inc., o mtodo de eletrodeposio conjunta de um p
quasicristalino em um eletrlito de nquel bastante promissor para depositar
revestimentos em panelas de alumnio, rolamentos, materiais rodante e peas de motor
[MINEVSKI, Z., et al., 2004].
A forte supresso do pico de Drude na condutividade ptica, ou seja, baixa
absoro e emisso na regio do infravermelho, e o elevado coeficiente de absoro na
faixa visvel do espectro (onde a radiao solar tem uma intensidade mxima)
combinados com as elevadas propriedades de estabilidade trmica e anticorroso dos
quasicristais icosadricos. Devido combinao destas propriedades, os filmes
quasicristalinos so promissores para aplicao prtica em absorvedores de radiao solar
seletivos com uma multicamada revestimento contendo uma pelcula quasicristalinas
como uma das camadas [EISENHAMMER, T., et al., 1997].
Revestimentos quasicristalinos obtidos por asperso trmica, com elevada dureza
e resistncia ao desgaste, esto sendo desenvolvidas para aplicaes no motor principal
de nibus espacial (SSME) como substitutos doe cromo para eletrodepositado (ED). Os
regulamentos ambientais tm imposto fortes restries sobre os processos de
eletrodeposio para deposio de cromo por causa da liberao associada do cromo
hexavalente (Cr+6), que um cancergeno humano conhecido.
Podemos ver, s com alguns exemplos, o quanto os quasicristais usados como
revestimentos podem ser importantes na indstria tecnolgica, e que estes revestime