Aplicações da Engenharia de Superfícies na Indústria Automotiva

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Palestra apresentada pelo professor Carlos A. Figueroa (UCS), no Centro Tecnológico Automotivo do SENAI, localizado em Caxias do Sul (RS), para cerca de 200 estudantes e professores de ensino médio técnico e educação profissional nos dias 9 e 22 de setembro de 2011.

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Aplicações da Engenharia de Superfícies na Indústria Automotiva

  1. 1. “ Aplicações da Engenharia de Superfícies na Indústria Automotiva” Prof. Dr. Carlos A. Figueroa - [email_address] Laboratório de Engenharia de Superfícies e Tratamentos Térmicos Universidade de Caxias do Sul , Caxias do Sul-RS, Brasil Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (Seção Caxias do Sul) Plasmar Tecnologia - Equipamentos e processos de modificação de superfícies por plasma Caxias do Sul-RS, Brasil - www.plasmartecnologia.com
  2. 2. Impactos ambientais Fonte: http://www.slideshare.net/Engenharia.de.Superficies/palestra-sinatora-simecs-15-06 .
  3. 3. Evolução do número de patentes mundiais na área de engenharia de superfícies por plasma. Fonte: Derwent Innovations Index. Palavras-chave: surface, plasma, engineering. Importância da Engenharia de Superfícies por Plasma
  4. 4. Engenharia de Superf ícies Áreas do conhecimento: Física Química Matemática Mecânica Materiais Nanotecnológica por definição: Uma superfície é constituída de 2 dimensões macroscópicas e uma 3ra que está na ordem dos nanometros ! Áreas de aplicação: Metal-Mecânica Óptica Microeletrônica Biomateriais Decoração
  5. 5. O que é Nanotribologia? Cuidado: como qualquer área de nanotecnologia, os fenômenos a nível nanoscópico são geralmente diferentes dos fenômenos a nível macroscópico. É a ciência e engenharia da interação de superfícies em movimento relativo. Inclui o estudo e aplicação dos princípios de atrito, lubrificação e desgaste. Então, a nanotribologia envolve o estudo dos fenômenos que acontecem na interação de duas superfícies em movimento relativo considerando as forças e efeitos do mundo atômico. 1 nm = 10 -9 m Uma ligação química padrão possui um comprimento de 0,15 nm
  6. 6. <ul><li>Engenharia de superfícies – do Laboratório à Indústria </li></ul><ul><li>Empresa de base tecnológica incubada na ITEC </li></ul><ul><li>(nasceu no LESTT da UCS) </li></ul>Reator da Plasmar – 1 ton Peças recebendo tratamento
  7. 7. O Plasma em Ação na Nitretadora Industrial
  8. 8. Processos de engenharia de superfícies do tipo PVD (physical vapor deposition)
  9. 9. A gente viu o que é engenharia de superfícies e focou em processos a plasma....e daí???? E os automóveis?
  10. 10. Um processo para cada componente Surface Treatments of Automotive Parts – Research and Applications , J. Vetter, J. Crummenauer, G. Barbezat und J. Avissar
  11. 11. Engenharia de Superfícies por Plasma <ul><li>Processos termoquímicos / difusão </li></ul><ul><ul><li>NITRETAÇÃO </li></ul></ul><ul><ul><li>CARBONITRETAÇÃO </li></ul></ul><ul><ul><li>OXIDAÇÃO </li></ul></ul><ul><li>Recobrimentos </li></ul><ul><ul><li>PVD </li></ul></ul><ul><ul><li>CVD </li></ul></ul><ul><ul><li>APS / TS </li></ul></ul>TiN / TiCN TiAlN CrN DLC
  12. 12. Trabalhos que quantificam as perdas energéticas em motores de combustão interna
  13. 13. Perdas Mecânicas 15 % do total são pelo atrito
  14. 14. Perdas econômicas por desgaste e atrito Relatório Jost e estudos posteriores 1 a 10% do PIB/PNB Fonte: http://www.slideshare.net/Engenharia.de.Superficies/palestra-sinatora-simecs-15-06 . 1% do PNB = 17.000.000.000 R$ 6% do PNB = 104. 000.000.000 R$ Brasil/Estimativa 2004 (PNB) 1.700 bi R$ Conhecimento existente: 20% redução 3.400.000.000 R$ 20.800.000.000 R$
  15. 15. Exemplo: frota veicular paulistana 20% = - 37.500 t/ CO 2 ano 1 275 000 m 2 / 82 875 000 R$ Aço inox 41 555 000 m 2 / 15 582 000 R$ Pinheiros 187.500 toneladas CO 2 devido a atrito (15%) ‏ 250g/l / (1.250.000 t/ano) ‏ CO 2 / CO 2 total da frota 5 10 9 X (250)g/l 1,5 10 9 reais/ano Valor perdido por ano por atrito em veículos na cidade de São Paulo (R$/ano) ( 2,0R$/l) ‏ 750 000 000 l Volume de combustível devido a perda por atrito 5 000 000 000 l/ano Consumo veicular anual médio (10 000km/ano x 5 000 000 veículos /10km/l 15% Perdas mecânicas por veículo Valor Fator
  16. 16. Aplicações de materiais para eficiência energética: DLC é um dos mais importantes
  17. 18. Tuchos V álvulas Virabrequim Eixo de comando de válvulas Pistão Anel de pistão Pino de pistão Autopeças de alto atrito e candidatas a serem revestidas por DLC Outras candidatas: engrenagens, partes de bombas de fluídos e ar condicionado.
  18. 19. Que é Diamond-Like Carbon ? É um material composto de carbono do tipo sp 3 e sp 2 Diamante C-sp 3 Material natural mais duro (10.000 HV) Grafite (lápis) C-sp 2 Excelente lubrificante sólido
  19. 20. Aonde se aplica DLC atualmente ? Cabeçote de leitura e superfície do HD Motores de competição Folhas para máquina de barbear Vidros: Leitora de código de barras
  20. 21. C. Donnet e A. Erdemir, Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Ed. Springer (2008) PROPRIEDADES DO MATERIAL (DLC) Dureza (Vickers) 1.000-3.000 (ajust ável ) Temperatura do processo de deposição 150°C Coeficiente de atrito 0,1 – 0,01 (depende do conteúdo de H e lubrificante) Espessura do revestimento 0,001-10 µm Temperatura máxima de trabalho 500°C Resistência química Quimicamente inerte: não reage com ácido nem com álcali. Resistência elétrica 10 6 -10 12  ohm-cm (isolante) Acabamento do revestimento Idêntico ao substrato
  21. 22. (*) http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html Exemplo de DLC em motores (Nissan Motors) – mecanismo de ação (*)
  22. 23. Exemplo de DLC em motores – mecanismo de ação (*) (*) http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html
  23. 24. www.richterprecision.com/dlc-coatings.html Tuchos Pistão Empresas que revestem partes de motores com DLC 1. Richter Precision Inc. (EUA) Tecnologia usada: HIPIMS (eles alegam que são os 1ros a usarem esta tecnologia)
  24. 25. Empresas que revestem partes de motores com DLC 2. Oerlikon Balzers (Liechtenstein) Friction reduction in the valve train of a passenger car with carbon coating of tappets Test method:  Cylinder-head test stand, non-fired Source:  Ford / INA Fonte: http://www.oerlikon.com/ecomaXL/index.php?site=BALZERS_EN_valve_trains
  25. 26. Empresas que revestem partes de motores com DLC 2. Oerlikon Balzers (Liechtenstein) Wear of cylinder liners with variously treated piston rings Tribometer:  Cameron-Plint TE77 Load:  8 MPa Temperature:  80°C Test duration:  6 h Frequency:  10 Hz Cylinder liners:  Grey cast iron Oil:  Lubrizol TH 53303 Treatments applied to piston-ring surface only Source:  Scania AB Fonte: http://www.oerlikon.com/ecomaXL/index.php?site=BALZERS_EN_piston_rings

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