O que um revestimento deve fazer no titânio
O titânio resiste à corrosão através de um filme de óxido passivo, mas o mesmo filme torna o metal propenso a escoriações e ao desgaste adesivo, e não protege contra a oxidação em alta temperatura. Os revestimentos de engenharia são aplicados por três razões: para reduzir o atrito e o desgaste, para estender a temperatura de serviço além dos cerca de 500 graus, nos quais o crescimento do óxido se torna rápido, e para fornecer uma barreira em ambientes de cloreto ou ácidos onde o filme natural é tensionado.
O peso e a resistência são preservados porque o revestimento tem apenas alguns micrômetros a algumas centenas de micrômetros de espessura, portanto, uma peça de titânio substituída por uma peça de titânio revestida não perde a vantagem de 40% de massa que possui sobre o aço.
Preparação da superfície antes de qualquer revestimento
A adesão ao titânio é decidida antes do fechamento da câmara de revestimento. Camadas superficiais enriquecidas com incrustações e oxigênio-são removidas por jateamento, usinagem ou decapagem, seguindo práticas como ASTM B600 para descalcificação e limpeza de titânio. A superfície é então desengordurada, ativada e mantida livre de contaminação de ferro proveniente de escovas de aço, racks ou ferramentas, porque o ferro incorporado forma células galvânicas que prejudicam a camada em serviço.
Para componentes médicos e de implantes, o preparo e a limpeza seguem ASTM F86, que define a sequência de passivação e manuseio necessária para que a superfície não seja degradada após o tratamento final. Os componentes são secos e transferidos para a operação de revestimento sem impressões digitais, pois uma superfície contaminada produz bolhas localizadas em vez de uma camada uniforme.
Famílias de revestimentos e onde cada uma se encaixa
| Família | Espessura típica | Função |
|---|---|---|
| Óxido anódico | 1 – 30 µm | Resistência ao desgaste, código de cores, barreira contra corrosão suave |
| Camadas de nitreto PVD | 1 – 5 µm | Superfície de forte desgaste em ferramentas e fixadores |
| Carbonetos e óxidos de pulverização térmica | 50 – 500 µm | Resistência à abrasão e barreira térmica em peças grandes |
| Óxido eletrolítico de plasma | 5 – 40 µm | Camada cerâmica dura para contato com alta carga |
A anodização é controlada através do eletrólito, da densidade de corrente e do tempo, e a condição da camada é especificada pela AMS 2488, que define os tipos de revestimento e os testes de aceitação, em vez de uma única espessura fixa. Camadas de nitreto depositadas por deposição física de vapor atingem microdurezas na faixa de 2.000 a 3.200 HV, dependendo da composição, e camadas de metal duro pulverizadas termicamente normalmente fornecem 1.000 a 1.300 HV em espessuras muito maiores, o que é adequado para peças que devem resistir à abrasão grosseira em vez de desgaste por deslizamento fino.
Janelas de Processo e Controle de Adesão
A temperatura de deposição é mantida abaixo do nível em que a absorção de oxigênio e nitrogênio se torna significativa, ou o procedimento prevê a remoção posterior da camada afetada.
A qualidade do vácuo e a limpeza desejada são monitoradas, porque o oxigênio residual na câmara altera a estequiometria de uma camada de nitreto.
A polarização do substrato e a gravação iônica antes da deposição melhoram a adesão de forma mais confiável do que aumentar a espessura do revestimento.
Bordas vivas e furos cegos profundos distorcem a distribuição da espessura e são melhor arredondados ou mascarados antes do tratamento.
A absorção de hidrogênio é minimizada mantendo-se curta a exposição ao ácido e evitando qualquer etapa de decapagem que gere hidrogênio livre em uma peça de alta resistência.
Critérios de Inspeção e Aceitação
A espessura da camada é verificada por um medidor magnético calibrado ou por correntes parasitas em um cupom revestido da mesma execução, respaldado pela medição da seção-transversal. A adesão é verificada por métodos de dobra, arranhão ou indentação apropriados à camada, e a dureza é confirmada por testes de microdureza em uma seção polida. O desempenho contra a corrosão, quando necessário, é demonstrado por névoa salina neutra de acordo com a norma ISO 9227, e uma verificação visual confirma a consistência da cor e da cobertura, especialmente em peças anodizadas onde a cor é uma função da espessura da camada.
O erro recorrente é julgar um revestimento apenas pela sua aparência. Uma cor brilhante e uniforme pode esconder uma camada que é muito fina para ser protegida, e uma camada espessa pode ser porosa e se soltar sob carga. Ambas as condições são detectadas por medição, não a olho nu.
Perguntas frequentes
P: Qual revestimento é usado para fixadores de titânio coloridos?
R: Uma camada de óxido anódico com alguns micrômetros de espessura, aplicada de forma que a interferência da luz produza a cor. A condição da camada é especificada na AMS 2488.
P: O titânio pode ser revestido sem perder a vantagem de peso?
R: Sim. Os revestimentos de engenharia variam de 1 a 500 micrômetros dependendo da família, portanto o aumento de massa é pequeno comparado à resistência e rigidez da peça base.
P: Por que a temperatura do revestimento é limitada?
R: O titânio absorve oxigênio, nitrogênio e hidrogênio agressivamente acima de aproximadamente 500 graus, o que fragiliza a superfície e pode reduzir a vida útil da fadiga.
P: Como é verificada a adesão do revestimento?
R: Através de testes de dobramento, arranhão ou indentação em cupons revestidos do mesmo lote, apoiados por medição de microdureza e espessura de camada em uma seção transversal.
P: Um revestimento substitui o filme passivo natural?
R: Ele complementa. A camada projetada suporta o desgaste ou a resistência térmica, enquanto o filme de óxido de titânio continua a fornecer a barreira contra corrosão por baixo.
