Aspersão térmica: você sabe o que é?

A aspersão térmica ou metalização por aspersão térmica é um conjunto de processos utilizados para aplicação de revestimentos industriais metálicos e cerâmicos em superfícies de peças metálicas ferrosas ou não ferrosas. A partir desse processo é possível depositar uma camada de revestimento que proporciona aumento e durabilidade de peças que operam em ambientes sujeitos a desgastes por abrasão, corrosão, erosão e cavitação. Além disso, pode ser também utilizado para recuperar superfícies de peças desgastadas, como veremos na sequência desse texto. Para quem tiver interesse em saber um pouco mais da origem do processo, vele a pena ler o post que fala sobre a história da Aspersão Térmica. É uma história bem interessante.

Apesar de não ser utilizado como ferramenta para fabricação, a aspersão térmica atualmente também é considerada um processo de manufatura aditiva. Isso por que ele agrega uma camada de uma liga metálica sobre qualquer base metálica ferrosa ou não e pode customizar uma superfície a um determinado ambiente de trabalho.

Quais as etapas do processo de Aspersão Térmica?

O processo de aplicação de revestimentos por aspersão térmica é composto por três etapas:

1 – Preparação de superfícies:

A superfície que vai receber o aporte de um revestimento, para ser considerada pronta, deve estar isenta de óxidos, óleos, gorduras, graxas e impurezas, estar seca e por fim, deve ter um nível de rugosidade para garantir a aderência do material aplicado. Para garantir essas características, o primeiro passo é realizar a remoção mecânica dos resíduos físicos presentes no substrato. O jateamento pode ser uma das ferramentas utilizadas, mas não no mesmo equipamento utilizado para realizar o jateamento final para que o mesmo não seja contaminado. A superfície então passa por processo de limpeza realizado por solventes, eliminando as gorduras e óleos. O último passo é a geração da rugosidade, que é realizada através de jateamento com partículas pontiagudas de alumina. Para garantir que a superfície esteja seca, ela deve estar com uma temperatura 5 graus centígrados acima da temperatura de ponto de orvalho.

2 – Aplicação do revestimento:

A aplicação do revestimento é realizada através de um queimador. O pó da liga metálica passa por uma chama que a amolece e, com o impacto na superfície, ela se deforma. A união de uma partícula sobre a outra estruturam o revestimento. Na aplicação do revestimento, alguns parâmetros como distância do equipamento em relação à superfície, velocidade de translação, perpendicularidade do equipamento, taxa de aplicação e temperatura do substrato devem ser monitorados. Quanto mais eles estiverem dentro de parâmetros ótimos, maior a qualidade do revestimento aplicado por aspersão térmica. A falta de controle operacional pode resultar em um recobrimento com alto nível de porosidade, com baixa aderência e como consequência pode resultar em desplacamentos.

3 – Acabamento (quando necessário):

Em muitos casos, essa etapa não é realizada. O revestimento aplicado por aspersão térmica, no estado “como aplicado”, possui rugosidade que varia de 3 a 14 Ra. Essa textura pode ser suficiente para uma grande quantidade de aplicações. No entanto, algumas delas possuem níveis de exigência bem mais elevados. Normalmente, os revestimentos aplicados por esse processo são acabados através de processo de retífica, proporcionando menor esforço de corte sobre a superfície e gerando melhores acabamentos, tanto no que diz respeito à rugosidade quanto a tolerâncias dimensionais e de forma. Em alguns casos (como em válvulas com vedação metal-metal), a superfície depois de retificada pode ser lapidada.

Quais as utilidades desse processo de aplicação de revestimentos?

1 – Prevenção de desgastes: o revestimento é aplicado em peças novas, aumentando sua durabilidade em mais de 500%. Esse incremento proporciona para as empresas uma grande redução de ocorrências de manutenção corretiva. Existem grandes variedades de ligas disponíveis para aplicação e a assertividade na escolha permite selecionar ligas para diferentes ambientes de trabalho.

Leia também: Gestão da Manutenção e seus objetivos.

2 –  Recuperação dimensional: em peças usadas que já sofreram a ação de algum mecanismo de desgaste. É comum, em processos industriais, peças complexas ou que não possuem reposição imediata, necessitarem ser substituídas por não conseguirem mais exercer sua função. Em alguns casos, não há disponibilidade do componente no mercado e a sua recuperação passa ser necessária. O reparo realizado por esse processo proporciona à peça recuperada desempenho e durabilidade melhores do que a original.

3 – Gerar atrito: Isso mesmo, se em algumas aplicações buscamos reduzir a rugosidade para ter menos atrito e reduzir o desgaste, em outros casos é possível realizar a aplicação de revestimentos com alto nível de rugosidade. Eles tem como principal objetivo aumentar a tração entre superfícies. Em ferramentas de conformação de tubos, ele é utilizado para evitar que a chapa que está sendo conformada escorregue e seja produzida uma peça não conforme.

4 – Em diversas situações do nosso dia a dia: É possível encontrar diversas situações de revestimentos aplicados por Aspersão Térmica no nosso cotidiano. Claro que o nosso foco aqui são peças industriais, mas é possível encontrar também revestimentos aspergidos em utensílios domésticos, como nas panelas revestidas com cerâmica da empresa alemã Woll. Leia também o artigo: Aspersão Térmica na Cozinha?

Quais as principais vantagens da aplicação de revestimentos aplicados pelo processo de Aspersão Térmica?

Veja abaixo três das mais importantes:

1 – Temperatura de aplicação: A temperatura de aplicação dos revestimentos utilizados por esse processo é baixa (máximo 180ºC). Isso quer dizer que a peça não sofre deformações e nem perde tratamentos térmicos que já tiveram sido realizados para obtenção de resistência mecânica.

2 – Espessuras de camada: Os revestimentos podem ser aplicados com camadas bastante finas, até com espessuras superiores a 5 mm (dependendo do material). Normalmente, os materiais de maior dureza são aplicados com espessuras de até 0.5 mm. Os materiais mais tenazes, podem chegar a 1 mm (como os aços inoxidáveis, por exemplo). Há ainda algumas ligas que, devido às suas características físicas, podem chegar a 10 mm, como é o caso do revestimento de metal patente, utilizada em mancais de deslizamento.

3 – Quantidade de ligas disponíveis: A grande quantidade de materiais disponíveis para aplicação, proporciona que sejam desenvolvidos revestimentos customizados para cada ambiente de trabalho. Essa característica vai garantir a melhor resistência ao desgaste para a superfície exposta ao meio com melhor aproveitamento da relação custo benefício.

Leia também: Revestimentos contra desgastes – como escolher a melhor opção?

As ligas mais populares e disponíveis atualmente no mercado para a aplicação do revestimento por aspersão térmica são:

• Alumínio;
• Aço Inox;
• Alumina Titânia
• Bronze
• Carboneto de Cromo;
• Carboneto de Tungstênio
• Carboneto de Tungstênio Cromo
• Cobre
• Ferro Alto Cromo
• Inconel 625;
• Metal Patente;
• Níquel;
• Níquel Cromo;
• Óxido de Alumínio
• Óxido de Cromo
• Stellite 6;
• Zinco;
• Zircônia

A metalização por aspersão térmica é um processo muito importante para a indústria, pois substitui outros métodos tradicionalmente utilizados, por exemplo, sem gerar impactos ambientais, proporcionando características técnicas e desempenho bastante superiores. Esse processo é um dos principais substitutos do revestimento de cromo duro eletrodepositado.  É utilizado em diversos ramos da indústria, em aplicações tais como:

– SIDERURGIA, para revestimentos em hastes hidráulicas, anéis de vedação, rolos de processo de zincagem, chapas de desgaste, entre outros;

– AGRICULTURA, para revestimento de parafusos e facas de corte, por exemplo;

– PETRÓLEO, para revestir válvulas de esfera, válvulas de gaveta, luvas protetoras de eixos de bomba, rotores de bomba e mancais de deslizamento;

– HIDROGERAÇÃO, para revestir pás de turbina Kaplan, pás Pelton, mancais, palhetas diretrizes, agulhas de turbina Pelton e tampas.

– USINAS TERMELÉTRICAS: Rotores de turbinas, pás da turbina e mancais.

Quais os processos de Aspersão Térmica existentes?

Existem vários processos de metalização por aspersão térmica, cada um com suas próprias características e aplicações específicas. A seguir, são apresentados os principais processos de aspersão térmica utilizados atualmente:

1. Aspersão térmica por chama oxi-acetilênica (Flame Spray): O processo de Flame Spray utiliza como combustível o acetileno e é muito utilizado para aplicação de ligas fusíveis, ou seja, que são pós processadas em altas temperaturas para ter união metalúrgica com o sustrato. A temperatura da chama pode chegar a 3.000°C.
2. Aspersão térmica por plasma (plasma spraying): neste processo, um arco elétrico é gerado entre um eletrodo e uma tocha de plasma. O gás é ionizado pelo arco elétrico e aquecido a altas temperaturas, formando um plasma que derrete o pó e o pulveriza sobre a superfície da peça. A temperatura do plasma pode chegar a 20.000°C. Esse processo é normalmente utilizado para aplicação de revestimentos cerâmicos, como Alumina, óxido de titânio, Ytria Zircônia, entre outros.
3. Aspersão térmica por arco elétrico (arc spraying): neste processo, um arco elétrico é gerado entre dois arames. O calor gerado pelo arco elétrico funde o arame e pulveriza o metal derretido sobre a superfície da peça. Este processo é geralmente utilizado para aplicação de revestimentos metálicos, como zinco, alumínio, aço inox e aço carbono.
4. Aspersão térmica por detonacão (detonation spraying): neste processo, o pó é misturado com um gás combustível e detonado em uma câmara de combustão. A explosão resultante aquece e pulveriza o pó, que é depositado na superfície da peça. Esse processo é muito pouco utilizado devido à sua altíssima complexidade. Além disso, os revestimentos aplicados por HVOF apresentam resultados semelhantes e possuem custos de operação muito menores.
5. Aspersão térmica hipersônica (high velocity oxy-fuel spraying – HVOF): neste processo, o pó é fundido em um gás combustível de alta pressão (normalmente propano, querosene de avião ou etanol) e velocidade e é então aspergido na  superfície da peça. O processo é conhecido por produzir revestimentos densos e aderentes com excelentes propriedades mecânicas. Pode aplicar uma grande variedade de ligas, mas normalmente as mais utilizadas são os carbonetos de cromo e carboneto de tungstênio.

Cada processo de aspersão térmica tem suas próprias vantagens e desvantagens, e a escolha do processo adequado depende das características da peça, do revestimento desejado e das condições de aplicação.

Quais as principais desvantagens do processo de aspersão térmica?

Embora o processo de aspersão térmica ofereça muitas vantagens, também há algumas desvantagens a serem consideradas. Alguns dos principais problemas associados à aspersão térmica incluem:

1. Porosidade: os revestimentos aplicados por aspersão térmica podem apresentar uma certa porosidade, o que pode afetar as propriedades do revestimento, como a resistência à corrosão, por exemplo. Para compensar essa deficiência, normalmente são aplicados selantes que ajudam a fechar esses poros.
2. Controle de qualidade: o controle de qualidade do processo de aspersão térmica pode ser desafiador, uma vez que a qualidade do revestimento pode variar dependendo de diversas variáveis, como a qualidade do pó, a temperatura de aplicação, a velocidade de pulverização, entre outros.
3. Processo de acabamento: muitas vezes é necessário fazer um acabamento adicional, como retificação ou polimento, para obter a superfície desejada após a aplicação do revestimento, o que pode ser custoso e demorado.
4. Limitação do tamanho da peça: o tamanho da peça que pode ser revestida por aspersão térmica é limitado, uma vez que a peça precisa caber no espaço da câmara de aspersão. Em alguns casos, como no processo de arc spray, é possível levar o equipamento para o campo, mas não é o caso da maioria dos processos.
5. Limitação em superfícies internas. Devido ao fato de ser uma pistola, superfícies internas podem ser revestidas na medida de uma vez a medida da abertura. Se a peça tiver entrada superior a essa, a distância interna pode ser bastante aumentada, mas requer estudos.

Onde aplicar revestimentos por Aspersão Térmica?

A metalização por aspersão térmica é um método de aplicação de revestimentos que vem ganhando cada vez maior importância devido aos resultados proporcionados para os clientes. Veja abaixo alguns exemplos de aplicação de revestimentos aplicados por esse processo:

1 – Turbinas de Hidrelétricas: Esses equipamentos sofrem desgaste por erosão devido à presença de areia na água do rio. Esses grãos impactam na superfície da turbina e removem material. A turbina perde eficiência e acaba sendo parada pra realização de intervenção. A aplicação de revestimento de carboneto de tungstênio consegue aumentar a durabilidade desses equipamentos em mais de 500%

2 – Peças de bombas centrífugas. As bombas centrífugas normalmente processam fluídos com bastante abrasivos. A aplicação de revestimentos em peças com as carcaças, rotores e buchas de desgaste dos eixos desses equipamentos aumentar a durabilidade em mais de 400%

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