Estudo tribológico da liga de alumínio SAE 305 com tratamentos superficiais : anodização e revestimento carbono tipo diamante

Abstract

Ligas de alumínio são amplamente empregadas em diversas aplicações industriais, como por exemplo em sistemas de transmissão de energia elétrica. Nesse sistema, e mais especificamente na montagem grampo de suspensão/cabo condutor, as falhas podem ocorrer nas camadas internas do cabo ou na região de interface deste com a superfície do grampo de sustentação. Este trabalho explora este segundo tipo de falha. O presente trabalho apresenta estudos sobre o comportamento de um recobrimento de Diamond-Like Carbon (DLC) e de um tratamento por anodização quando aplicados a liga de alumínio SAE 305 (material empregado na confecção de grampos de sustentação dos cabos condutores). Estes tratamentos superficiais foram selecionados com base na sua ótima relação custo/benefício e boa resistência mecânica. Para analisar a resistência mecânica dos revestimentos, foram realizados os ensaios: de rugosidade, de dureza, de desgaste microabrasivos, de desgaste por fricção, e em uma bancada de ensaios de cabos condutores de energia em escala real. Os variados tipos de ensaios de desgaste tem por objetivo avaliar a eficácia contra o desgaste dos tratamentos superficiais sob diferentes condições tribológicas e de carregamentos, e analisar a dinâmica das partículas abrasivas nos tribossistemas. Nos ensaios microabrasivos do tipo “esfera livre”, um total de nove amostras, sendo três de cada grupo de material, foram testadas. Comparativamente ao alumínio sem revestimento, o DLC aumentou a resistência ao desgaste do substrato, enquanto que a anodização reduziu a resistência. Análises microestruturais permitiram concluir que a degradação superficial decorrente do processo de anodização e os mecanismos de desgaste foram os fatores principais pelo comportamento das amostras anodizadas. Os ensaios de desgaste por fricção foram realizados com um tribômetro convencional, na configuração esfera-sobre-plano, e do tipo deslizamento recíproco. Para todos os ensaios foi adotada uma carga normal de contato de 10 N, faixa de deslocamento de 4 mm, frequência de oscilação linear de 8 Hz, e dois tempos de duração de ensaio (30 minutos e 60 minutos). Os resultados obtidos mostram que as amostras anodizadas tiveram suave aumento na resistência ao desgaste em relação às amostras sem revestimento, enquanto que as amostras de DLC apresentaram significativo aumento na resistência. Os comportamentos das amostras foram discutidos com base em análise microestrutural e dos mecanismos de desgaste. Os ensaios com cabos condutores foram conduzidos com o intuito de avaliar o impacto da anodização e do DLC na vida útil desses elementos. Para tal, foram realizados 16 ensaios adotando-se a montagem grampos de suspensão revestidos/cabo condutor TERN. Três valores de deslocamento vertical (Yb) do condutor foram adotados: 0,84; 0,93 e 1,02 mm. Para todos os ensaios foi adotado um parâmetro H/w igual a 2144 m. Os resultados obtidos mostraram que ambos os tratamentos superficiais adotados não proporcionaram, de forma conclusiva, um aumento na vida útil do condutor. Análises morfológicas e de EDX das superfícies dos grampos tratados mostraram a formação de tribocamada de óxido de alumínio na interface de contato cabo-grampo. Os resultados reportados no presente trabalho demonstraram que o DLC contribuiu de forma significativa para o aumento da resistência ao desgaste dos espécimes nos ensaios microabrasivos e de desgaste por fricção. A expectativa para o aumento da vida útil do condutor utilizado em conjunto com grampos revestidos com DLC não foi observada de forma consistente. Dessa forma, trabalhos futuros são necessários para uma melhor investigação da contribuição do DLC para essa aplicação.