Projeção Térmica Explicada: Tipos e Aplicações em Diversas Indústrias

Hoje, revestimentos por projeção térmica são utilizados em diversos setores industriais. Estes revestimentos consistem em arame e pó fundido expostos a plasma ou combustão oxicombustível. O fogo do dispositivo de projeção impulsiona a mistura aquecida, e uma vez pulverizada sobre metal, a mistura retém um revestimento firme.

Revestimentos por projeção térmica são usados numa ampla gama de aplicações úteis, que podem incluir proteção de aviões, edifícios e outras estruturas contra temperaturas extremas, produtos químicos ou condições ambientais como humidade e chuva. Neste artigo, discutiremos o que é projeção térmica e como fazê-la, e suas aplicações e benefícios.

O que é Revestimento por Projeção Térmica?

Técnicas de projeção térmica são processos de revestimento em que 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 projeção térmica pode fornecer revestimentos espessos (aprox. faixa de espessura 20 mícrons a vários mm, dependendo do processo e matéria-prima), sobre grande área a alta taxa de deposição comparado a outros processos como galvanoplastia, deposição física e química de vapor.

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

Combustão ou descarga de arco elétrico é geralmente usada como fonte de energia. Os revestimentos resultantes são formados pela acumulação de numerosas partículas pulverizadas. A superfície pode não aquecer significativamente, permitindo revestimento de substâncias inflamáveis.

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

Além de aplicações em equipamento original, revestimentos por projeção térmica são usados para reparar peças gastas e danificadas em serviço, e restaurar dimensões em peças maquinadas. São usados para restaurar dimensões de componentes desgastados ou corroídos, como rolos de impressão e rolamentos sobredimensionados.

Como Fazer Projeção Térmica?

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

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

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

A ligação entre revestimento projetado termicamente e substrato é principalmente mecânica, não metalúrgica ou fundida. A adesão ao substrato dependerá da condição da superfície, que deve ser limpa e rugosa por jateamento com granalha ou maquinagem antes da projeção.

Processos de projeção térmica têm sido amplamente usados por muitos anos em todos os principais setores de engenharia para proteção e recuperação de componentes. Desenvolvimentos recentes de equipamento e processo melhoraram qualidade e expandiram gama de aplicações potenciais.

Tipos de Processos de Revestimento por Projeção Térmica

Várias variações de projeção térmica são distinguidas:

• Projeção a plasma
• Projeção por detonação
• Projeção por arco de arame
• Projeção a chama
• Projeção oxicombustível de alta velocidade (HVOF)
• Projeção ar-combustível de alta velocidade (HVAF)
• Projeção morna (warm spraying)
• Projeção a frio (cold spraying)
• Spray and Fuse

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

Projeção a plasma, desenvolvida nos anos 1970, usa jato de plasma de alta temperatura gerado por descarga de arco com temperaturas típicas >15.000 K, permitindo pulverizar materiais refratários como óxidos, molibdénio, etc.

Aqui discutimos os 5 processos mais comuns para gerar revestimentos por projeção térmica em detalhe:

1. HVOF (Projeção Oxicombustível de Alta Velocidade)

HVOF usa tocha que permite a chama espalhar quando o bocal é usado. Isto cria aceleração rápida que acelera as partículas na mistura. O resultado é revestimento excepcionalmente fino aplicado uniformemente. Apesar de fino, é forte e adere bem. Sua resistência à corrosão é melhor que revestimentos a plasma, mas não adequado para altas temperaturas.

2. Projeção a Chama de Combustão

Projeção a chama de combustão é excelente opção para superfícies não projetadas para suportar stress extremo. O revestimento resultante não é fortemente ligado à superfície pois o mecanismo é alimentado por velocidade de chama mais baixa.

A chama é gerada via oxigénio combinado com combustível, fundindo a mistura. Projeção a chama de combustão é popular para aplicações de baixa intensidade devido ao baixo custo.

3. Projeção a Plasma

Projeção a plasma usa tocha de plasma como ferramenta principal para aquecer e pulverizar o revestimento. Após o material em pó ser fundido, é colocado no produto de forma similar à projeção a chama.

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

4. Projeção a Plasma em Vácuo

Projeção a plasma em vácuo é feita em ambiente controlado mas usa baixas temperaturas. Mantém o vácuo enquanto reduz danos ao material. Variedade de combinações de gases pode ser usada para obter pressão necessária.

Usada para itens como para-choques de carro, painel ou caixas de espelhos retrovisores. Também pode ser usada para pré-tratamento de moldagens de polietileno, proporcionando adesão para adesivos epóxi à base de água.

5. Projeção por Arco Elétrico de Dois Arames

Este método utiliza ponto de arco criado entre dois arames eletricamente condutores. Fusão ocorre no ponto onde os arames conectam. O arco permite aquecimento que cria deposição e fusão, similar à projeção a chama com tocha.

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

Vantagens de Revestimentos Projetados Termicamente

Alguns benefícios dos revestimentos por projeção térmica incluem:

• Custo Reduzido. Custo de reparar componente é menor que comprar novo. Frequentemente, o revestimento dura mais que o material original.
• Baixa Entrada de Calor. Com poucas exceções, o processo deixa o histórico térmico do componente inalterado.
• Versatilidade. Quase qualquer metal, cerâmica ou plástico pode ser projetado termicamente.
• Gama de Espessura. Dependendo do material e sistema, revestimentos podem ser aplicados de 0,001 a mais de 1 polegada. Tipicamente 0,005-0,1 polegada.
• Velocidade de Processamento. Taxas de projeção variam 3-60 lb/hora dependendo do material e sistema. Taxas típicas de aplicação são 0,5-2 lb de material por ft² por 0,01 polegada de espessura.

Desvantagens dos Revestimentos por Projeção Térmica

• Disfarça o substrato — como revestimentos são tão eficientes, muitas vezes é impossível saber de que material era o substrato após o processo, a menos que registos rigorosos sejam mantidos.
• Não pode avaliar eficácia precisamente — após aplicação, muitas vezes difícil saber exatamente quão bem o revestimento aderiu, além de avaliação visual.
• Configuração cara — alguns métodos requerem aparelhagem muito cara, resultando em alto custo inicial.