Algumas aplicações necessitam que certas partes da superfície da peça sejam protegidas contra a oxidação ou que haja uma limitação de parte da peça na área do componente que será submetido ao processo de endurecimento superficial. Para que estas tarefas sejam realizadas, várias técnicas protetivas podem ser aplicadas, incluindo a eletrodeposição de cobre, a aplicação de tintas, a seleção mecânica ou deixando um excesso de material para ser posteriormente retirado. É importante entender onde, porque e como cada método é utilizado. Vamos aprender mais.
Não deve ser assumido que qualquer método protetivo terá sido aplicado de forma adequada ou que trabalhará bem para uma dada aplicação sem que sejam feitos testes levando em consideração fatores como o material, a geometria da peça, a limpeza, a aplicação, a secagem, o processo de tratamento térmico, o método de remoção, a inspeção e o desempenho em uso.
Carbonetos e Colares de Carbonetos
O cobre, se aplicado de forma adequada, é geralmente considerado o melhor método de proteção da peça. Mas ele é também o mais caro. A eletrodeposição por cobre pode ser utilizada tanto na cementação sob atmosfera quanto sob vácuo. Detalhes de um processo adequado são apresentados na AMS 2418 Rev H (2011).
Uma película strike de níquel (flash de níquel) é utilizada com frequência sob a camada de cobre para melhorar a sua adesão, especialmente no processamento de aços altamente ligados (por exemplo, Pyrowear 675, M50Nil, Vasco X2). Entretanto, em altas temperaturas de endurecimento, o níquel pode se difundir para o metal base, o que terá a mesma aparência ao microscópio que uma camada superficial descarbonetada.
A eletrodeposição por platina ou paládio também apresenta bons resultados para materiais especiais (por exemplo, titânio), porém, é extremamente cara e deveria ser considerada somente em casos nos quais os custos do projeto garantem tais custos.
Pinturas
O uso de tintas protetivas (stop-off paints) é amplamente aplicado na indústria de tratamento térmico, tanto como uma alternativa à eletrodeposição por cobre ou para dar um retoque em superfícies cobreadas que sofreram algum dano.
Cementação e Carbonitretação
As técnicas de pintura protetiva mais utilizadas para a cementação e a carbonitretação utilizam recobrimentos à base de solvente ou de água tendo o cobre ou o boro como os principais ingredientes. As tintas contendo cobre, particularmente, não são aplicáveis à carbonitretação devido à possibilidade de reações químicas com a amônia da atmosfera do forno.
A maior vantagem das tintas à base de boro é que os resíduos remanescentes são solúveis em água quente e em soluções alcalinas. Em certo grau, eles são “lavados” durante a têmpera. Estas tintas são a melhor escolha para aplicações nas quais a limpeza mecânica não é uma opção viável.
As tintas à base de boro passam para um estado semilíquido quando aquecidas. Se a camada for muito grossa, a massa da tinta fará com que algumas regiões fiquem desprotegidas. Por esta razão que a espessura das tintas deveria ser limitada entre 0,2 e 1,0 mm. Somente uma camada de tinta é necessária, considerando que a mesma seja uniforme. A mais espessa não é a melhor. Duas camadas de tinta somente são recomendadas para geometrias que tendem a ter descarbonetação dos dois lados, como as roscas. As tintas à base de solvente contendo óxido de boro são muito comuns e são consideradas por muitos como a que oferece a melhor proteção para esta classe de recobrimentos.
Cementação Profunda
Para profundidades de camada total maiores que 2 mm, são recomendadas as tintas à base de silicatos e não as tintas à base de boro (Fig. 1). As tintas protetivas à base de silicato, em geral, são aplicadas em duas ou três camadas dependendo da profundidade de camada necessária. Após o tratamento térmico, os resíduos são como um vidro e não são solúveis em água ou solventes, precisam ser removidos por jateamento. Uma vantagem destas tintas é que elas não se espalham, mesmo que a profundidade seja excessiva. Diferentemente das tintas de boro à base de água, elas não tendem a vitrificar no interior do forno.
Cementação sob Vácuo
Em geral, as tintas protetivas utilizadas para a cementação sob vácuo são similares (mas não idênticas) àquelas utilizadas em atmosfera cementante, especialmente quando o gás hidrocarboneto utilizado é o acetileno. As tintas de boro são utilizadas para aplicações que necessitam de pintura que seja lavada após o tratamento térmico. Se for possível a remoção mecânica (jateamento) das tintas protetivas, a primeira escolha deveria ser pelas tintas de óxido de cobre à base de silicatos.
Nitretação e Nitrocementação a Gás
A técnica protetiva para nitretação e nitrocementação a gás (Fig. 2) contém um pó fino de estanho disperso em uma laca, consistindo de um ligante solvente e sintético ou de água e uma emulsão sintética. O efeito protetivo é baseado em uma camada de estanho fundido disperso sobre a superfície da peça, que age como uma barreira impermeável que previne a difusão do nitrogênio. É necessário notar que o pré-aquecimento das peças revestidas ao ar deve ser limitado a no máximo 380°C.
Ao exceder esta temperatura limite ocorrerá um detrimento na uniformidade da camada de estanho. Após o processamento, os resíduos de pó podem ser removidos facilmente enxugando ou escovando. É importante notar que haverá uma camada microscópica de estanho deixada na superfície da peça. Se isto for problemático, é necessária a remoção por jateamento ou usinagem.
Nitretação à Plasma (Iônica)
Para a nitretação iônica, a tecnologia protetiva mais comumente utilizada é o mascaramento mecânico (blindagem). Se a geometria da peça não permitir este tipo de proteção, há tintas protetivas disponíveis tanto baseadas no cobre (eletricamente condutoras) ou com ingredientes cerâmicos (não condutoras). Os resíduos destas tintas serão na forma de um pó e, em geral, são removidos por lavagem ou escovação.
Prevenção de Carepas
Há tintas protetivas disponíveis para prevenir a formação de carepas e a oxidação em fornos ao ar para recozimento, normalização e alívio de tensões ou produtos da combustão. Estas tintas são utilizadas para recozimento, normalização, alívio de tensões e endurecimento. Nestas aplicações, a superfície total da peça é recoberta para prevenir a formação de carepas quando as peças são aquecidas acima de 850°C. Há disponíveis também recobrimentos de laca e à base de cerâmica para aplicações de até 1200°C.
Estes recobrimentos criam uma barreira vítrea para prevenir a formação de carepas. Durante o resfriamento, esta proteção vai se estilhaçar devido à diferença de expansão térmica entre o recobrimento e a superfície da peça. Após o processamento é necessária uma remoção mecânica.
Métodos de Aplicação
A pintura com pincel, apesar de trabalhosa, talvez seja o método de aplicação de tintas protetivas mais comum. Utilizando um pincel chato e limpo, com cerdas moles, a camada de tinta deve ser fina e uniforme. Durante a aplicação da tinta na peça, resista à tentação de colocar pressão excessiva sobre o pincel, e deixe o fluxo de tinta de uma maneira uniforme. Se a tinta escorrer da superfície da peça e voltar para o pincel, há óleo ou algum outro contaminante na superfície que precisa ser removido.
Se for utilizada uma tinta à base de solvente, a armazenagem do pincel durante os recobrimentos precisa ser feita em um recipiente com o mesmo solvente para se assegurar de que não haja nenhuma reação química ou contaminação. A imersão das peças é a forma mais fácil de recobrir um número grande de peças. Se a área a ser revestida estiver no final da peça, sistemas de recobrimento semiautomático ou contínuo podem ser adquiridos a um custo mínimo de investimento.
Dispenseres e borrifadores automáticos também podem ser utilizados se a geometria e a área da peça permitirem este tipo de mascaramento. Sistemas robóticos e automatizados também podem ser aplicados para altos volumes de peças (como em uma indústria automobilística). Se for utilizado o sistema de borrificação, ele precisa ser cuidadosamente controlado para prevenir uma superborrificação e ser perdido no ar.
Na parte 2 discutiremos problemas comuns dos vários métodos de mascaramento e apresentaremos valiosas lições que foram aprendidas.
Referências
1. Burgdorf, Eckhard H., Manfred Behnke, Rainer Braun and Kevin M. Duffy, “Stop-off Technologies for Heat Treatment,” ASM Handbook (in preparation), 2013.
2. Nüssle GmbH & Co. KG, Nagold, Germany (www.burgdorf-kg.de), private correspondence.
3. Duffy, Kevin, The Duffy Company, (www.duffycompany.com), private correspondence.
4. Herring, Daniel H., “Industry Practices Report, Selective Carburizing Methods,” white paper, 2004.
