Pulverização Térmica Explicada: Tipos, Aplicações e Benefícios

Hoje, revestimentos por pulverização térmica são utilizados em diversos setores industriais. Esses revestimentos consistem em arame e pó fundido que são expostos a plasma ou combustão oxi-combustível. O fogo do dispositivo de pulverização impulsiona a mistura que foi aquecida, e uma vez pulverizada sobre o metal, a mistura retém um revestimento firme.

Revestimentos por pulverização térmica são usados em um amplo espectro de muitas aplicações úteis, que podem incluir proteção de aviões, edifícios e outras estruturas contra temperaturas extremas, produtos químicos ou condições ambientais como umidade e chuva. Neste artigo, discutiremos o que é pulverização térmica e como fazê-la, e suas aplicações e benefícios.

O que é Revestimento por Pulverização Térmica?

Técnicas de pulverização térmica são processos de revestimento nos quais materiais fundidos (ou aquecidos) são pulverizados sobre uma superfície. A "matéria-prima" (precursor do revestimento) é aquecida por meios elétricos (plasma ou arco) ou químicos (chama de combustão).

A pulverização térmica pode fornecer revestimentos espessos (faixa de espessura aproximada de 20 mícrons a vários mm, dependendo do processo e matéria-prima), sobre uma grande área a uma alta taxa de deposição em comparação com outros processos de revestimento, como eletrodeposição, deposição física e química de vapor.

Materiais de revestimento disponíveis para pulverização térmica incluem metais, ligas, cerâmicas, plásticos e compósitos. São alimentados em forma de pó ou arame, aquecidos a um estado fundido ou semi-fundido, e acelerados em direção aos substratos na forma de partículas de tamanho micrométrico.

Combustão ou descarga de arco elétrico é geralmente usada como fonte de energia para pulverização térmica. Os revestimentos resultantes são feitos pelo acúmulo de numerosas partículas pulverizadas. A superfície pode não aquecer significativamente, permitindo o revestimento de substâncias inflamáveis.

A qualidade do revestimento é geralmente avaliada medindo sua porosidade, teor de óxido, dureza macro e micro, resistência de ligação e rugosidade superficial. Geralmente, a qualidade do revestimento aumenta com o aumento das velocidades das partículas.

Além de aplicações em equipamentos originais, revestimentos por pulverização térmica são usados para reparar peças desgastadas e danificadas em serviço, e restaurar dimensões em peças usinadas. Revestimentos por pulverização térmica são usados para restaurar as dimensões de componentes que foram desgastados ou corroídos, como rolos de impressão e mancais abaixo do tamanho.

Como Fazer Pulverização Térmica?

A pulverização térmica é uma categoria genérica de processos de revestimento que aplicam um consumível como uma pulverização de gotículas finamente divididas fundidas ou semi-fundidas para produzir um revestimento.

É distinguida por sua capacidade de depositar revestimentos de metais, cermets, cerâmicas e polímeros em camadas de espessura substancial, tipicamente 0,1 a 10 mm, para aplicações de engenharia. Quase qualquer material pode ser depositado, desde que derreta ou se torne plástico durante a operação de pulverização. Na superfície do substrato, as partículas formam 'esplats' ou 'plaquetas' que se interligam e se acumulam para dar o revestimento.

O depósito não se funde com o substrato nem precisa formar uma solução sólida para alcançar uma ligação. Esta é uma característica significativa da pulverização térmica comparada a muitos outros processos de revestimento, particularmente soldagem a arco, brasagem e processos de revestimento a laser.

A ligação entre um revestimento pulverizado termicamente e o substrato é principalmente mecânica, e não metalúrgica ou fundida. A adesão ao substrato dependerá da condição da superfície do substrato, que deve estar limpa e rugosa por jateamento de granalha ou usinagem antes da pulverização.

Processos de pulverização térmica têm sido amplamente utilizados por muitos anos em todos os principais setores da indústria de engenharia para proteção e recuperação de componentes. Desenvolvimentos recentes de equipamentos e processos melhoraram a qualidade e expandiram a faixa potencial de aplicação para revestimentos pulverizados termicamente.

Tipos de Processos de Revestimento por Pulverização Térmica

Várias variações de pulverização térmica são distinguidas:

• Pulverização a plasma
• Pulverização por detonação
• Pulverização a arco de arame
• Pulverização a chama
• Pulverização de revestimento oxi-combustível de alta velocidade (HVOF)
• Combustível-ar de alta velocidade (HVAF)
• Pulverização a quente
• Pulverização a frio
• Pulverização e Fusão

Em processos clássicos (desenvolvidos entre 1910 e 1920) mas ainda amplamente utilizados, como pulverização a chama e pulverização a arco de arame, as velocidades das partículas são geralmente baixas (< 150 m/s), e as matérias-primas devem estar fundidas para serem depositadas.

Pulverização a plasma, desenvolvida nos anos 1970, usa um jato de plasma de alta temperatura gerado por descarga de arco com temperaturas típicas >15.000 K, o que torna possível pulverizar materiais refratários como óxidos, molibdênio, etc.

Aqui discutimos os 5 processos mais comuns para gerar revestimentos por pulverização térmica em detalhes:

1. HVOF (Pulverização Oxi-Combustível de Alta Velocidade)

HVOF é um processo que faz uso de um maçarico que permite a chama se espalhar sempre que o bico é usado. Isso cria aceleração rápida que acelera as partículas na mistura. O resultado final é um revestimento excepcionalmente fino aplicado uniformemente. Apesar de ser fino, este revestimento é forte e adere bem. Sua resistência à corrosão é melhor que revestimentos de plasma, mas não é adequado para altas temperaturas.

2. Pulverização a Chama de Combustão

Pulverização a chama de combustão é uma excelente opção para superfícies que não são projetadas para lidar com estresse extremo. O revestimento resultante deste processo não é fortemente aderido à superfície, já que o mecanismo de pulverização é alimentado por uma velocidade de chama mais baixa.

A chama será gerada via oxigênio combinado com combustível, e isso derreterá a mistura. A pulverização a chama de combustão é popular para aplicações de baixa intensidade devido ao seu baixo custo.

3. Pulverização a Plasma

Pulverização a plasma faz uso da tocha de plasma como ferramenta principal para aquecer e pulverizar o revestimento. Após o material em pó ter sido fundido, ele é então colocado no produto de maneira semelhante à pulverização a chama de combustão.

Os revestimentos resultantes da pulverização a plasma podem ter alguns micrômetros de espessura a alguns milímetros de espessura. Embora o pó seja o material mais amplamente usado, metais e cerâmicas também são usados. O processo de pulverização a plasma é altamente popular devido à sua adaptabilidade.

4. Pulverização a Plasma em Vácuo

Pulverização a plasma em vácuo é feita em um ambiente controlado, mas utiliza baixas temperaturas. Isso mantém o vácuo enquanto também reduz danos ao material. Uma variedade de combinações de gases pode ser usada para obter a pressão necessária para pulverização.

Pulverização a plasma em vácuo é usada para itens como para-choques de carros, painel ou carcaças de espelhos de portas. Este processo também pode ser usado para pré-tratamento de moldagens de polietileno, que fornece adesão para adesivos epóxi à base de água.

5. Pulverização a Arco Elétrico de Dois Arames

Este método de pulverização utiliza um ponto de arco criado entre dois arames que são eletricamente condutivos. A fusão ocorrerá no ponto onde os arames se conectam. O arco permite aquecimento que por sua vez cria deposição e fusão, semelhante à pulverização a chama de combustão que é usada com uma tocha.

Ar comprimido será usado para pulverizar os revestimentos. Este procedimento é popular devido à sua relação custo-benefício, e tipicamente usará alumínio ou zinco como material base.

Vantagens de Revestimentos Pulverizados Termicamente

Alguns dos benefícios de revestimentos por pulverização térmica incluem o seguinte:

• Custo Reduzido. O custo de reparar o componente é menor que comprar um novo. Frequentemente, o revestimento realmente dura mais que o material original usado.
• Baixa Entrada de Calor. Com poucas exceções, o processo de pulverização térmica deixa o histórico térmico do componente inalterado.
• Versatilidade. Quase qualquer metal, cerâmica ou plástico pode ser pulverizado termicamente.
• Faixa de Espessura. Dependendo do material e sistema de pulverização, revestimentos podem ser pulverizados de 0,001 a mais de 1 polegada de espessura. A espessura tipicamente varia de 0,005 a 0,1 polegada.
• Velocidade de Processamento. As taxas de pulverização variam de 3 a 60 lb/hora dependendo do material e do sistema de pulverização. Taxas típicas para aplicação de material são 1/2 a 2 lb de material por pé quadrado por 0,01 polegada de espessura.

Desvantagens de Revestimentos por Pulverização Térmica

• Disfarça o substrato – como revestimentos por pulverização térmica são tão eficientes, em muitos casos é impossível dizer de que material o substrato era feito após o processo de revestimento, a menos que registros rigorosos sejam mantidos.
• Não pode avaliar precisamente a eficácia – uma vez que o revestimento por pulverização térmica foi aplicado, é frequentemente difícil dizer exatamente quão bem o revestimento foi aplicado, exceto por avaliação visual.
• Configuração cara – alguns dos métodos de revestimentos por pulverização térmica requerem aparelhos muito caros, o que pode resultar em alto custo inicial de configuração.