Apresentação do Dr. Felipe de Campos Carreri (ISIEngenharia de Superfícies) no 1° Workshop de Tecnologias a Plasma para o Setor Automotivo, realizado em Belo Horizonte (MG) em 3 de agosto de 2017, pelo ISI de Engenharia de Superfícies (participante do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies).

2. © SENAI-MG
Tecnologias a plasma
Aplicações em componentes mecânicos e metalização de
plásticos
Dr. Felipe de Campos Carreri
fcarreri@fiemg.com.br
(31) 3489-2348
SENAI DR-MG
Belo Horizonte, 03 de Agosto de 2017

3. Página 3© SENAI-MG
Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Deposition)
3
4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1

4. Página 4© SENAI-MG
Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Deposition)
3
4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1

5. Página 5© SENAI-MG
O que é plasma?

6. Página 6© SENAI-MG
O que é plasma?
Plasma!

7. Página 7© SENAI-MG
Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Deposition)
3
4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1

8. Página 8© SENAI-MG
Nitretação a Plasma
Fonte energia
elétrica-
+
Forno à vácuo
~ 550 °C
Componentes
Plasma nitrogênio
N2

9. Página 9© SENAI-MG
Nitretação a Plasma
Dureza HV
1200
400
Profundidade20 μm
Concentração N
20 %
H. Dong, International Materials Reviews v.55 n.2 (2010) 65-98
 Aumento de dureza
 Resistência à corrosão
 Resistência ao desgaste

10. Página 10© SENAI-MG
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
Tópicos
Nitretação a plasma2
PVD (Physical Vapor Deposition)4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1
3

11. Página 11© SENAI-MG
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition)
Fonte energia
elétrica-
+
Câmara de vácuo
Temp. Máx. 250 °C
Camada DLC depositada
sobre componentes
Plasma acetileno
C2H2

12. Página 12© SENAI-MG
Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Deposition)
3
4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1

13. Página 13© SENAI-MG
PVD (Physical Vapour Deposition)
Fonte energia
elétrica+
-
Câmara de vácuo
Temp. Máx. 550 °C
Camada depositada
sobre componentes
Plasma argônio
Ar
Íon primário
Elétron
secundário
Átomo ejetado
Alvo
Alvo metálico

14. Página 14© SENAI-MG
PVD (Physical Vapour Deposition)

15. Página 15© SENAI-MG
Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Deposition)
3
4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1

16. Página 16© SENAI-MG
Aplicações em componentes mecânicos
 33% da energia em um automóvel é
perdida devido à fricção e atrito
K. Holmberg, A.Erdemir, FME Transactions 43 (2015) 181-1854

17. Página 17© SENAI-MG
Aplicações em componentes mecânicos
Grafite
Ligação sp2
Baixo atrito
+
Diamante
Ligação sp3
Alta dureza
=
DLC
(diamond-like-carbon)
Baixo atrito + alta dureza

18. Página 18© SENAI-MG
Aplicações em componentes mecânicos
Açorápido
Cromoduro
Metalduro(WC/Co)
Alumina
TiN
TiC
DLC
Diamante
Aço/aço
Aço/TiN
Aço/Bronze
Aço/CromoDuro
Aço/TiC
Aço/DLC
DLC/DLC
> 100
Dureza (GPa)
9 10
15 16
23
28 30
Coeficiente de atrito
0,8
0,45
0,35
0,3
0,25
Aço/Metalduro
0,2
0,1
0,05

19. Página 19© SENAI-MG
Aplicações em componentes mecânicos
Pistão x anel de pistão
Eixo de comando x balancim Tucho de válvula x válvula
Virabrequim e engrenagens

20. Página 20© SENAI-MG
Aplicações em componentes mecânicos
 Engrenagens Custos
Engrenagem cementada
Custos
Engrenagem nitretada
Custo de engrenagem nitretada 30% < custo engrenagem cementada
Motivo: Eliminação do processo de retífica
Limitações: Dureza superficial e profundidade da camada

21. Página 21© SENAI-MG
Aplicações em componentes mecânicos
 Fundição, conformação e usinagem de alumínio
DLC
Evita problemas de adesão de
material
Motivo: Baixa energia de
superfície

22. Página 22© SENAI-MG
Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Deposition)
3
4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1

23. Página 23© SENAI-MG
Cobre
Aplicações em metalização de plásticos
Processo de metalização de plásticos
eletroquímico (tradicional)
 Multicamadas
– Cobre: nivelamento
– Níquel semi-brilhante: brilho
– Níquel brilhante: brilho
– Cromo: proteção
 Variação nos processos dependendo do material
base e aplicação
Níquel multicamadas
Cromo
Substrato plástico

24. Página 24© SENAI-MG
Verniz
Aplicações em metalização de plásticos
Processo de metalização de plásticos por plasma
(PVD)
 Multicamadas
– Nivelamento (verniz/primer)
– Metal PVD
 Variedade de cores – flexibilidade de design
 Não utiliza nem cromo hexavalente, nem cromo
trivalente.
Camada PVD
Substrato plástico

25. Página 25© SENAI-MG
Aplicações em metalização de plásticos
 Legislação:
– A regulamentação européia REACH bane oficialmente, à partir de setembro de 2017, todos os processos que utilizem
soluções de cromo hexavalente (Cr6+) para produtos tanto fabricados na Europa quanto exportados para a Europa.
– Cromo hexavalente é altamente poluente.
– Já existe a tendência mundial, independente de legislações, para o fim do uso de cromo e níquel.
 Saúde:
– Cromo hexavalente é altamente cancerígeno e níquel é alergênico.
– Deve-se evitar estes materiais típicos de processos eletroquímicos.
 Ambiental:
– O processo a plasma é limpo, não utiliza qualquer tipo de solução química poluente, não gera resíduos e utiliza apenas
insumos inertes.
 Custos:
– Não há gastos com tratamento de resíduos químicos.
– O custo por peça é competitivo e viável, caso a demanda e a produção sejam suficientes

26. Página 26© SENAI-MG
Aplicações em metalização de plásticos
Plasma surface engineering in the automotive
industry – trends and future prospectives
Th. Lampe, S. Eisenberg, E. Rodríguez Cabeo*
Volkswagen AG, Zentrallabor 1437, Postfach, 38436
Wolfsburg, Germany
Surface and Coatings Technology 174 –175 (2003) 1–7
“O revestimento de refletores plásticos era feito
inicialmente com tecnologia de evaporação, que criava
uma camada de alumínio com refletividade maior do que
a antiga camada de cromo. Em um estágio posterior,
sputtering (PVD) se tornou o método escolhido para
fabricar refletores com alumínio. A tecnologia por
sputtering permite, devido às altas potências de 90 kW e
alta velocidade do processo, um ciclo de revestimento de
36 s. Componentes complexos podem ser revestidos
sem serem rotacionados devido à maior difusão do
material em comparação com a evaporação, e portanto,
não impondo nenhuma limitação ao design dos
componentes. A atual presença desta tecnologia no
mercado no segmento de refletores de alta qualidade
com vidro translúcido é aproximadamente 50 %.”

27. Página 27© SENAI-MG
Tópicos
Nitretação a plasma2
PECVD (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)
PVD (Physical Vapor Deposition)
3
4
Aplicações em componentes mecânicos5
Aplicações em metalização de plásticos6
Conclusões7
O que é plasma?1

28. Página 28© SENAI-MG
Conclusões
 Variedade de tecnologias:
– Nitretação
– PECVD
– PVD
 Variedade de aplicações:
– Componentes mecânicos (redução de atrito, desgaste, aumento de eficiência)
– Ferramentas de usinagem
– Ferramentas de estampagem
– Metalização de plásticos (fuga de processos eletroquímicos com cromo hexavelente)
 Ambiental:
– O processo a plasma é limpo, não utiliza qualquer tipo de solução química poluente, não gera resíduos e utiliza apenas
insumos inertes.
 Flexibilidade de materiais:
– Metais diversos, cerâmicas, nitretos, carbetos, carbonitretos, óxidos, DLC. Variedade de cores e propriedades.
 Custos:
– Não há gastos com tratamento de resíduos químicos.
– O custo por peça é competitivo e viável, caso a demanda e a produção sejam suficientes
– Pode haver redução de custos quando há eliminação de etapas em processos tradicionais (ex: retífica de
engrenagens)

29. Página 29© SENAI-MG
Agradecimentos
 PUC Minas
 Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies
 Ohmini – Tecnologia Aplicada à Indústria e Pesquisa
 Instituto SENAI de Tecnologia Automotiva