Tratamentos térmicos e de superfície de válvulas
Revestimentos de superfície para válvulas e metais leves alternativos
Quando se trata de selecionar ligas leves, a maioria dos engenheiros não se aventura muito longe das ligas de Al, Mg e Ti. No entanto, este artigo explora os usos e benefícios de algumas dessas ligas leves menos usadas, como Zircônio, Tântalo e Háfnio.
Os desenvolvimentos na ciência dos materiais e a pesquisa em revestimentos de superfície resultaram em ligas leves se tornando alguns dos metais mais usados em ambientes operacionais difíceis. Das pressões intensas da indústria de petróleo e gás aos componentes móveis leves, mas resistentes, das aeronaves, as ligas leves são extremamente prevalentes. As indústrias médica e de defesa também não são avessas ao uso de ligas leves.
A maioria dos engenheiros e cientistas de materiais recorrem aos metais leves, alumínio, magnésio e titânio como a solução para seus exigentes desafios de engenharia. Mas há outros metais leves alternativos que têm propriedades específicas, tornando-os adequados para aplicações de alto desempenho muito específicas. Alguns deles são menos conhecidos, mas merecem ser mantidos no mesmo destaque que seus equivalentes mais amplamente conhecidos.
Metais de válvula incluem elementos como zircônio e tântalo e são conhecidos por sua alta resistência à corrosão, temperaturas extremas, com propriedades dielétricas e supercondutoras. Alguns metais de válvula não absorvem nêutrons e, portanto, são amplamente usados na geração de energia nuclear de emissão zero.
Assim como os metais leves mais conhecidos, como alumínio e magnésio, as propriedades dos metais de válvulas podem ser melhoradas usando revestimentos de superfície.
Quais são os benefícios dos metais alternativos para válvulas?
Os metais da válvula central são amplamente utilizados em muitos setores da indústria. A maioria é usada em uma variedade de ligas de aço e metais leves para introduzir resistência adicional e resistência à corrosão, juntamente com outros recursos. E as propriedades comuns de resistência ao calor e à corrosão significam que os metais, suas ligas e óxidos são usados em uma variedade de equipamentos de laboratório e química.
Como não absorve nêutrons e é resistente ao calor e à corrosão, as ligas de zircônio são frequentemente encontradas em tubulações de usinas nucleares, revestimentos de barras de combustível e componentes estruturais. Suas propriedades de resistência ao calor significam que é encontrado em veículos espaciais, motores a jato e peças de turbinas a gás. Os zircões também são conhecidos como pedras semipreciosas que lembram diamantes – a zircônia cúbica também é muito, muito mais barata.
O nióbio também é usado em aplicações espaciais e aeroespaciais. Nesta forma, ele é encontrado em materiais estruturais para construção, plataformas offshore e em oleodutos e coletores de gás e petróleo. Com suas propriedades supercondutoras, o nióbio é amplamente usado em eletrônicos e nos ímãs usados em equipamentos de imagem médica, como scanners de RMN e RNM, frequentemente em combinação com zircônio.
Seu óxido permite que lentes de óculos sejam mais finas aumentando o índice de refração do vidro. Sendo fisiologicamente inertes e hipoalergênicos, dispositivos como marcapassos e outros impactos médicos contêm ligas de nióbio. Revestimentos de superfície podem ser usados para criar uma camada superior porosa que auxilia na velocidade e no sucesso da osseointegração.
A camada de óxido dielétrico que se forma em sua superfície e sua capacidade de ser finamente revestida em outros componentes permite que o tântalo seja um capacitor altamente eficaz e de pequeno volume. Nesta forma, ele é usado em telefones celulares e outros dispositivos eletrônicos. E ele compartilha as mesmas características de fortalecimento de outros metais de válvula, por isso era frequentemente usado em cones de nariz de aeronaves Concorde, bicos de foguetes e lâminas de turbina. O tântalo também é encontrado em implantes cirúrgicos, pois não é tóxico e não causa resposta imunológica em mamíferos.
Tecnologias de engenharia de superfície para metais de válvulas
Apesar de suas características de desempenho geralmente impressionantes, os metais de válvula têm algumas fraquezas. Por exemplo, ligas de zircônio sob condições de alta temperatura acima de 900 graus centígrados reagirão com água para criar gás hidrogênio e degradar o revestimento da barra de combustível nuclear.
As características únicas do nióbio permitem que ele atue em muitas aplicações altamente exigentes. No entanto, quando submetido a temperaturas maiores que 400 graus centígrados, ele oxida e se torna quebradiço. Altamente inerte e, portanto, resistente à maioria dos ácidos e álcalis, o tântalo pode ser corroído por álcalis aquecidos, ácido sulfúrico quente e ácido fluorídrico.
Da mesma forma que os metais leves mais comuns são aprimorados, essas falhas químicas e mecânicas mostradas pelos metais de válvula podem ser facilmente abordadas. Revestimentos de superfície podem proteger contra substâncias corrosivas específicas, fornecer proteção térmica adicional e podem ser semeados com aditivos que fornecem outras melhorias de desempenho.
Uma abordagem é aplicar uma tecnologia avançada de revestimento de superfície, como a oxidação eletrolítica de plasma (PEO). Ela usa um banho de eletrólito e plasma para formar um revestimento semelhante a cerâmica nos metais leves mais conhecidos e nos metais de válvula. O revestimento derivado de PEO tem muitas propriedades benéficas que o metal original e a liga metálica e seus revestimentos básicos de óxido não têm. Os pesquisadores da Jewellok têm ampla experiência quando se trata de desenvolver revestimentos exclusivos que melhoram exclusivamente o desempenho de todos os metais de válvula.