Dr. Prepper — Edição 11

BRISTLE BLASTING NA ASPERSÃO TÉRMICA: MAIOR ADERÊNCIA DO REVESTIMENTO

Na 11.ª edição do Dr. Prepper, analisamos um estudo de caso realizado pela University of Technology - Beijing e pelo College of Materials Science and Engineering - Beijing, conduzido por Yingying Ding, Hui Li e Yingliang Tian. O estudo se concentra na resistência de aderência de revestimentos aplicados por aspersão térmica, um fator crítico para o desempenho. Ele apresenta o Bristle Blasting como um pré-tratamento de superfície inovador e compara sua eficácia à do jato abrasivo em aço doce e ligas de alumínio.

O Bristle Blasting se mostra uma solução prática, sobretudo em situações em que o jato abrasivo no local é difícil. Além disso, o estudo destaca a importância de considerar o material do substrato, fundamental para otimizar a aderência do revestimento com o Bristle Blasting como método de preparação de superfícies.

O RED PAPER regular da MontiPower^®. Repleto de fatos interessantes - e indispensáveis - sobre a preparação de superfícies mais adequada desde 1987.

Os revestimentos por aspersão térmica têm ampla aplicação em diversos setores industriais como soluções de engenharia de superfícies. Garantir uma resistência de aderência suficiente entre o revestimento e o substrato é imprescindível e constitui um requisito fundamental de serviço. Normalmente, a superfície do substrato passa por uma preparação minuciosa antes da aspersão, de modo a obter uma superfície limpa e rugosa que permita uma ligação adequada do revestimento depositado. Essa etapa do procedimento é essencial e influencia significativamente o desempenho global do revestimento.

Materiais de substrato macios, como ligas de alumínio, cobre etc., enfrentam desafios significativos devido à presença de partículas de abrasivo incrustadas na interface substrato/revestimento. Além disso, em determinadas operações no local, o uso de máquinas tradicionais de jato abrasivo se revela difícil, dada a sua dependência de compressores de ar e o elevado consumo de abrasivo. Somam-se ainda preocupações ambientais decorrentes do ruído e da poeira perigosa associados a essas máquinas. Um pré-tratamento de superfície com equipamentos móveis e de operação simples se mostra mais vantajoso para essas aplicações industriais.

Este estudo tem como objetivo avaliar a viabilidade do uso do Bristle Blasting na aspersão térmica, com foco em revestimentos metálicos (Ni5Al) e cerâmicos (Al2O3) sobre substratos como aço doce (A283) e liga de alumínio (7075). Os revestimentos serão aplicados em superfícies preparadas por três métodos: Bristle Blasting, jato abrasivo e retificação mecânica.

O objetivo principal foi comparar o jato abrasivo e o Bristle Blasting como pré-tratamentos de superfície, com a retificação mecânica servindo como grupo de controle para avaliar o impacto da rugosidade superficial. No jato abrasivo, foram utilizadas partículas de corindo de malha 20 (Pigeon Group), com pressão de ar de jateamento de 0,6 MPa e distância de jateamento de 60 mm. A retificação mecânica envolveu o uso manual de lixa de SiC 800# em uma retificadora automática. O Bristle Blasting utilizou um equipamento comercial (Monti SE-677-BMC) com velocidade de rotação da roda fixa em 2150 rpm, considerando a profundidade de penetração como parâmetro-chave.

Durante a operação, as pontas rotativas das cerdas atingem a superfície-alvo com uma energia cinética semelhante ao impacto da granalha de jateamento. Esse processo, repetido continuamente, resulta em milhares de impactos localizados, ricochetes e formação de crateras, deixando uma superfície limpa e rugosa. A principal vantagem desta tecnologia é a sua simplicidade e facilidade de uso. O Bristle Blaster® tem meio metro de comprimento e várias dezenas de centímetros de altura; pode ser facilmente acionado por motor a bateria, elétrico ou pneumático. Pode ser montado em um posicionador automatizado ou manuseado manualmente, de modo que a operação requer apenas um espaço muito reduzido, ao contrário do jato abrasivo, que normalmente exige uma grande cabine acústica ou proteção.

ENSAIO: Alguns pesquisadores tentaram utilizar o Bristle Blasting como pré-tratamento de superfície para pintura e demonstraram que era possível gerar uma superfície rugosa, cuja rugosidade média (Ra) era de cerca de 3,35µ.

A principal vantagem desta tecnologia é a sua simplicidade e facilidade de uso.

Nos últimos anos, o Bristle Blasting surgiu como uma nova abordagem na preparação de superfícies que tem atraído a atenção da indústria. Este processo é fundamentalmente um processo de abrasão mecânica que utiliza uma roda rotativa semelhante a uma escova. A roda é composta por muitos arames de aço de alta resistência afiados, cujas pontas são especialmente projetadas com uma dobra em ângulo para a frente, ou seja, a haste do arame é dobrada no sentido de rotação (fig. 1). Durante a operação, as pontas rotativas das cerdas atingem a superfície-alvo com uma energia cinética semelhante ao impacto da granalha de jateamento. Esse processo, repetido continuamente, resulta em milhares de impactos localizados, ricochetes e formação de crateras, deixando uma superfície limpa e rugosa.

Foi utilizado o microscópio confocal de varredura a laser LEXT OLS4100 para caracterizar a topografia da superfície com resolução óptica aprimorada. Este método oferece uma combinação equilibrada de elevada precisão de ensaio e rapidez, avaliando a morfologia superficial tanto em 3D como em 2D.

A morfologia superficial do substrato

de aço tratado por diferentes métodos:

(a) Retificação

(b) Jato abrasivo

(c) Bristle Blasting (3 mm)

A morfologia superficial do substrato

de aço tratado por diferentes métodos:

(a) Retificação

(b) Jato abrasivo

(c) Bristle Blasting (2 mm)

No caso da 7075, a rugosidade média da superfície Ra aumentou abruptamente de 0.834 ± 0.185 para 2.450 ± 0.606 μ quando a profundidade de penetração passou de 1 para 2 mm, o que implica que mais material do substrato foi arrancado. No entanto, não houve diferença nítida entre as amostras tratadas com profundidade de penetração de 2 e 3 mm em termos de rugosidade média (Ra) e inclinação do perfil (Rdq). Isso se deve, presumivelmente, à deformação plástica do substrato 7075 quando as cerdas impactavam continuamente o substrato, conforme observado na fig. 2. À medida que a profundidade de penetração aumentava, observou-se uma tendência de diminuição gradual da assimetria da superfície (Rsk), indicando que as asperezas do perfil eram rasas e deprimidas. Para o A283, à medida que a profundidade de penetração aumentava, a rugosidade aumentava linearmente, conforme mostrado na fig. 2.

fig. 2

Rugosidade superficial do substrato com diferentes tratamentos. (a) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk; G retificação, GB jato abrasivo, BB Bristle Blasting.

O estudo comparou superfícies tratadas com bristle blasting e com jato abrasivo. Embora as superfícies tratadas com bristle blasting parecessem visualmente mais brilhantes, eram menos rugosas do que as tratadas com jato abrasivo. Para a 7075, o aumento da profundidade de penetração de 1 para 2 mm levou a um aumento significativo da rugosidade média (Ra), indicando maior arrancamento de material do substrato. Ocorreu deformação plástica em profundidades maiores. Para o A283, o aumento da penetração elevou linearmente a rugosidade. O A283 atingiu a rugosidade do jato abrasivo a 3 mm, limitado pela energia cinética insuficiente. Apesar de valores de Ra semelhantes, as superfícies tratadas com bristle blasting eram menos uniformes devido ao espaçamento dos arames das cerdas, resultando em picos e vales maiores em comparação com as superfícies tratadas com jato abrasivo fig. 3.

fig. 3

Perfil 2D da superfície do substrato de aço (A283) com diferentes tratamentos: (a) retificado, (b) tratado com jato abrasivo, (c) tratado com bristle blasting com penetração de 3 mm.

A principal desvantagem do uso do jato abrasivo na preparação de superfícies é a presença de resíduos de abrasivo na interface, especialmente problemática em materiais macios. Embora uma limpeza ultrassônica posterior possa remover esses resíduos, sua aplicação no local é difícil. Esse problema é totalmente evitado quando se utiliza o Bristle Blasting na preparação de superfícies. O aspecto mais atraente do Bristle Blasting reside na sua simplicidade e na sua boa relação custo-benefício, sobretudo em operações no local.

Ao contrário do jato abrasivo, em que é difícil recolher e reciclar grandes quantidades de partículas abrasivas ricocheteadas em espaços abertos, o Bristle Blasting oferece flexibilidade e uma eficiência de processamento comparável à do jato abrasivo convencional e da rugosificação mecânica. Com base na experiência de laboratório, a velocidade de processamento com Bristle Blasting pode chegar a cerca de 1 metro quadrado de superfície em 1 hora, significativamente mais rápida do que o processamento de texturização a laser.

No Bristle Blasting, a abrasão da superfície ocorre por meio da escavação extensiva da superfície metálica pelas pontas das cerdas, resultando em numerosas crateras localizadas em forma de pá..

fig. 4

Dependência da aderência do revestimento de Ni5Al em relação a diferentes parâmetros de rugosidade superficial: (A) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk

Este estudo investigou a viabilidade da aplicação do Bristle Blasting em revestimentos por aspersão térmica. Os principais resultados preliminares são os seguintes:

A resistência de aderência dos revestimentos por aspersão térmica sobre substratos submetidos a diferentes métodos de pré-tratamento apresentou um aumento gradual da retificação para o Bristle Blasting e deste para o jato abrasivo. No caso do revestimento de Ni5Al, a preparação de superfície com Bristle Blasting proporcionou aproximadamente 60% da resistência de aderência obtida com o método de jato abrasivo.

O Bristle Blasting parece ser uma solução promissora para substratos de aço e de liga de alumínio quando o jato abrasivo não é aplicável. No entanto, é essencial considerar o material do substrato na seleção dos parâmetros de jateamento.

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