Deposição de aço inoxidável via aspersão térmica por arco elétrico sobre substratos poliméricos através do desenvolvimento de camada de ligação

Abstract

Resumo: Durante anos, o mercado de plásticos tem apresentado altas taxas de crescimento e o desenvolvimento contínuo de plásticos modernos estabeleceu novos segmentos de mercado. Para a indústria automotiva e de engenharia de tráfego em geral, aplicações que utilizam plásticos leves estão em rápido crescimento. A metalização de plásticos é um processo comercial bem estabelecido que é utilizado em uma variedade de aplicações que vão desde a microeletrônica (por dispositivos de embalagem) até a indústria aeronáutica. Um material polimérico revestido de aço inoxidável, por exemplo, iria abrir novas e inovadoras possibilidades técnicas para a concepção de componentes com propriedades químicas, térmicas e mecânicas especiais que de outro modo seriam produzidos a um custo elevado, uma vez que o aço inoxidável é um material bonito e relativamente durável, no entanto é caro e mais difícil de moldar em comparação com os polímeros. Polímeros são fáceis de moldar, tem alta resistência à corrosão, são leves e quando metalizado adquirem algumas propriedades e aparência de metais. O objetivo deste trabalho é a obtenção de revestimentos de aço inoxidável em substratos poliméricos de nylon e polipropileno por meio de aspersão térmica. Nesta tese foram desenvolvidas camadas de ligação à base de resina epóxi (com ou sem preenchimentos) utilizando alumínio em pó em suas superfícies, as quais agiam como superfície de ancoramento para as partículas de aço inox aspergidas, resolvendo o problema do baixo módulo elástico superficial dos substratos. Foram observadas falha adesiva e microtrincas nas camadas de ligação devido à diferenças no coeficiente de expansão térmica do substrato e do revestimento, e também devido as tensões residuais geradas pelos processos de ciclos térmicos de aquecimento e resfriamento. No entanto, o uso do poli(cloreto de vinila) - PVC como substrato aliada à camada de ligação desenvolvida resultou na obtenção de revestimentos de aço inox promissores, devido à maior compatibilidade termomecânica entre ambos.

Abstract: For years, the plastics market has experienced high rates of growth and the continuous development of modern plastics set new market segments. In many applications, the present plastics are an alternative to the ceramic or vitreous materials. For the automotive industry and traffic engineering in general, applications using lightweight plastics are rapidly growing. The metallization of plastics is a well established commercial process which is used in a variety of applications ranging from microelectronics (for packaging devices) to the aircraft industries. A coated stainless steel polymeric material, for example, would open new and innovative technical possibilities for the design of components with special chemical, thermal and mechanical properties that would otherwise be produced at high cost, since stainless steel is a good-looking material and relatively durable, however expensive and more difficult to mold as compared with the polymers. Polymers are easy to shape, have high corrosion resistance, are lightweight and when metallized acquire some properties and appearance of metals. The objective of this work is to obtain stainless steel coatings on polymer substrates of nylon and polypropylene by means of thermal spraying. In this thesis, epoxy resin bond coats (with or without fills) were developed using powdered aluminum on their surfaces, which acted as an anchoring surface for the sprayed stainless steel particles, solving the problem of the low elastic modulus in the surface of the substrates. Adhesive failure and microcracks were observed in the bond coat due to differences in the coefficient of thermal expansion of the substrate and the coating, and also due to the residual stresses generated by the thermal cycling processes of heating and cooling. However, the use polyvynil chloride -PVC as a substrate allied to the developed bond layer resulted in the achievement of promising stainless steel coatings due to the greater thermo- mechanical compatibility between the two.