O guia para Oxidação electrolítica por plasma (PEO)

A história da metalurgia tem sido uma busca para encontrar a liga metálica perfeita. As pessoas sempre procuraram o metal mais barato, mais leve e mais forte.

Bem, tal coisa não existe. Os metais leves e baratos não são fortes. Os metais fortes e leves não são baratos. Já percebeste a ideia.

O processo de anodização foi um passo em frente. Transforma metais leves e torna-os resistentes à corrosão, ou seja, mais fortes. No entanto, também tem de lidar com as emissões tóxicas e com a curta vida útil dos seus componentes.

No final do século XX, os engenheiros descobriram o revestimento de oxidação electrolítica por plasma. É claro que ainda há espaço para ajustes. No entanto, os cientistas esperam que este procedimento venha a mudar a forma como a humanidade trata os metais.

O que é a oxidação electrolítica por plasma (PEO)?

A oxidação electrolítica por plasma (PEO) é um método de criação de camadas óxido-cerâmicas em metais. É também designada por oxidação por micro-arco (MAO) e oxidação electrolítica por plasma (EPO).

Este processo imita a anodização. Envolve igualmente o banho da peça metálica numa solução de eletrólito. A principal diferença é que o PEO utiliza potenciais mais elevados e, por sua vez, produz um campo elétrico mais elevado.

Como resultado, ocorrem descargas e faíscas dentro da solução, que alteram a estrutura da peça revestida. A camada externa do metal é quimicamente convertida no seu óxido, que cresce para dentro e para fora da superfície.

As funções da oxidação electrolítica por plasma

Os revestimentos proporcionados pelo processo de oxidação electrolítica por plasma conferem várias caraterísticas aos metais.

Para começar, torna-os mais resistentes ao desgaste, ao calor e à corrosão. Isto significa que os metais mais fracos - e mais baratos - tornam-se mais fortes.

As camadas de óxido-cerâmica PEO também proporcionam estabilidade química. Os metais tratados não reagem com o ambiente. Assim, manterão as suas propriedades úteis durante mais tempo em circunstâncias normais.

Por último, mas não menos importante, estes metais melhoram as suas capacidades de isolamento elétrico. Desta forma, podem servir novos objectivos de desgaste intensivo.

Em suma, a PEO produz metais:

• Mais resistente ao desgaste
• Mais resistente à corrosão
• Mais resistente ao calor
• Quimicamente estável
• Com isolamento elétrico

História do desenvolvimento

Como já foi referido, o antepassado da oxidação electrolítica por plasma é a anodização. Este tipo de passivação electrolítica foi utilizado industrialmente pela primeira vez na década de 1920. Teve uma aplicação importante na arquitetura.

Nos anos 60, porém, a anodização foi maioritariamente substituída pelo revestimento a pó. Este processo era mais rápido, menos poluente e as camadas de proteção que proporcionava eram mais espessas.

O que fez com que os cientistas se voltassem para a oxidação por banho foi a corrida espacial. No início dos anos 70, os engenheiros soviéticos descobriram o PEO e começaram a fazer experiências com ele. Uma década e meia mais tarde, havia peças revestidas com PEO na Estação Espacial Mir.

No entanto, o processo continuava a ser largamente imprevisível. Mesmo no início do novo século, a realidade não parecia estar em conformidade com as previsões feitas nos laboratórios. A diferença entre os resultados teóricos e experimentais era demasiado grande para se poder declarar vitória.

No entanto, ultimamente, algumas empresas como a Keronite e a IBC têm-no feito. Afirmam ter aperfeiçoado este processo imprevisível e dispendioso. Agora, dizem, é algo industrialmente viável.

As vantagens do revestimento por oxidação electrolítica a plasma

O processo de oxidação electrolítica por plasma apresenta muitas vantagens em relação à anodização.

O revestimento cerâmico que fornece atinge o ponto de cristalização, o que significa um produto final mais forte.

O pré-tratamento do material é também muito mais simples. Ao contrário do que acontece na anodização, a maioria dos componentes só precisa de um pequeno desengorduramento para estar pronta para o PEO.

Neste processo, os electrólitos utilizados podem impregnar algumas das suas propriedades na cerâmica. Isto significa que podem ser alteradas consoante a utilização que se pretende dar à peça resultante.

Além disso, é um processo amigo do ambiente. Todo o processo é limpo e isento de metais pesados.

Em suma, o PEO é melhor do que a anodização porque:

• Resulta num produto mais forte, devido à cristalização
• O seu pré-tratamento é muito mais simples
• A cerâmica incorpora propriedades dos electrólitos
• É um processo limpo

Desvantagens do revestimento por oxidação electrolítica a plasma

Tal como acontece com qualquer novo método, há margem para melhorias nos revestimentos de oxidação por micro-arco.

Por exemplo, quando comparado aos processos tradicionais, como a anodização, ainda é muito caro. Tudo considerado o custo do revestimento de 1㎡ de metal é $2-$5.

O procedimento também requer uma temperatura e uma pressão muito elevadas. Isto, por sua vez, afecta a quantidade de energia necessária para operar o equipamento. Além disso, reduz a vida útil dos electrólitos.

Em suma, a PEO pode não estar ainda pronta para aplicações industriais alargadas. É por isso que:

O procedimento também requer uma temperatura e uma pressão muito elevadas. Isto, por sua vez, afecta a quantidade de energia necessária para operar o equipamento. Além disso, reduz a vida útil dos electrólitos.

Em suma, a PEO pode não estar ainda pronta para aplicações industriais alargadas. É por isso que:

• Necessita de alta temperatura e pressão
• Consome uma grande quantidade de energia
• Requer a reposição contínua de electrólitos
• É demasiado caro

Que metais podem ser oxidados pelo microarco?

A oxidação por micro arco funciona especificamente em metais de válvulas, bem como na maioria das suas ligas. O que são metais de válvula? São um grupo que inclui o alumínio, o magnésio, o titânio, o zircónio, o tântalo, o nióbio, o háfnio e o cobalto.

A sua principal caraterística é o facto de produzirem naturalmente uma camada de óxido passivante. O que o PEO faz é converter esse óxido em formas cristalinas, que são muito mais duras.

Na prática, o processo é utilizado para ligas de alumínio, magnésio e titânio. Os outros metais listados são muito mais caros.

Em suma, estes metais podem ser oxidados por micro-arco:

• Alumínio
• Magnésio
• Titânio
• Zircónio
• Tântalo
• Nióbio
• Háfnio
• Cobalto
• A maioria das suas ligas

Aplicação Exemplos de produtos

Devido às propriedades extraordinárias que o PEO confere aos metais leves, tem uma vasta gama de aplicações. No entanto, devido ao seu elevado custo, o seu emprego tem sido algo limitado.

AeroespacialEntre os seus utilizadores contam-se empresas militares, médicas e tecnológicas.

Por exemplo, as empresas aeroespaciais revestem as suas ligas leves com PEO para as tornar mais fortes. O exército americano experimentou-o nas cabeças de pistão e nas bombas de combustível dos Humvees. Estas peças ganharam em resistência ao calor e prolongamento da vida útil. O sector médico também utiliza a oxidação por micro-arco para construir melhores próteses de substituição óssea. As empresas de tecnologia revestem as capas dos seus telemóveis com PEO.

O PEO foi aplicado, entre outras coisas, a:

• Peças aeroespaciais
• Peças para veículos militares
• Próteses de substituição óssea
• Conchas para telemóveis

Como revestir uma peça com o método de oxidação electrolítica por plasma?

O método de oxidação electrolítica por plasma é um processo complicado. Requer uma preparação minuciosa e os seguintes passos.

Passo 1. Desengorduramento

Para que o processo funcione, os substratos - ou seja, os metais que vão ser revestidos - têm de apresentar a sua forma mais pura. As manchas e a sujidade têm consequências negativas no resultado. Por isso, embora possa parecer limpo, o metal é submetido a um procedimento de desengorduramento.

Em primeiro lugar, o desengorduramento envolve a utilização de uma lixa extremamente fina. Isto deixa a amostra metálica polida até um acabamento espelhado.

Em seguida, a peça é limpa por ultra-sons em acetona, etanol e água destilada. Quando todas as partículas aderentes tiverem sido removidas, o metal está pronto para o tratamento.

Etapa 2. Oxidação por micro arco

Uma parte essencial do tratamento da MAO é a célula electrolítica. Esta, por sua vez, tem três componentes: um eletrólito e dois eléctrodos (cátodo e ânodo).

O metal a ser transformado funciona como ânodo, e o cátodo é normalmente uma placa de aço inoxidável.

Ambas as peças estão submersas numa solução electrolítica aquosa. Este meio líquido pode variar consoante as propriedades necessárias para o material resultante. Por exemplo, uma experiência realizada por cientistas chineses e coreanos utilizou carbonato de sódio, fosfato de sódio e acetato mono-hidratado. Para produzir as descargas necessárias, utilizaram uma fonte de alimentação pulsada.

A tensão era entre 200 e 500 V, a frequência de impulsos era de 900 Hz, o círculo de trabalho era de 3% e o tempo de duração de 5 minutos.

Passo 3. Selagem

Após a oxidação por micro-arco, a amostra é novamente lavada com água destilada. Em seguida, é deixada a secar à temperatura ambiente.

Esta última parte do processo é necessária para que as camadas de óxido sejam seladas. Estas cresceram para dentro e para fora da superfície do metal. A adesão é tão potente quanto possível, de uma forma que nenhum outro procedimento pode garantir.

Equipamento necessário para o processamento da oxidação electrolítica por plasma

O equipamento de oxidação electrolítica por plasma desempenha um papel importante no processo. As máquinas utilizadas necessitam de uma afinação fina e dos seguintes componentes.