O conjunto válvula e sede de válvula automotiva cumpre a função de garantir a entrada de ar e materiais combustíveis, a saída dos gases de combustão, bem como de garantir vedação no processo de compressão e combustão em um motor de ciclo Otto e Diesel. Para que funcione conforme o rigor de operação com uma queima limpa e baixa emissão de poluentes, é necessário uso de materiais especiais. Temperaturas extremas dos gases de escapamento, aumentos crescentes das velocidades das válvulas e altas pressões são alguns dos parâmetros que ocasionam desgaste nas válvulas. Os materiais usados na sua produção devem ser caracterizados por boa usinabilidade, baixo desgaste, boa resistência mecânica e de fadiga e boa resistência a corrosão em altas temperaturas. Nesse contexto, esse trabalho teve como foco o desenvolvimento de uma bancada e um método para testar novos materiais para válvulas e sedes de válvulas automotivas, por meio de testes de durabilidade que simulam as condições de desgaste do conjunto de válvulas e sedes de válvulas, bem como um procedimento de análise do desgaste e avaliação do seu comportamento sob diversas condições de operação. Para isso desenvolveu-se um equipamento que, de forma sintética, consiste em sistemas hidráulico, de aquecimento, de resfriamento, rotação de válvulas e controle eletrônico que possibilita simular condições de motores de combustão interna, Otto e diesel. O método permite a variação de parâmetros como temperatura, carga, desalinhamento da válvula em relação à sua sede e rotação da válvula. Tanto as válvulas quanto as sedes de válvulas são testadas em suas geometrias finais. Para confirmação da validade científica da bancada e do o método são apresentados os resultados de testes em dois materiais (SAE HNV-3 Sil1 e SAE EV12 21-2N) que são empregados em válvulas automotivas. Com base na análise de variância (ANOVA), verificou-se que a bancada pode ser utilizada na pesquisa destes novos materiais, pois apresentou resultados compatíveis com os encontrados pelos principais equipamentos de testes existentes no mundo; resistência adequada para testes de longa duração; capacidade de realizar ensaios em altas temperaturas e de reproduzir as principais condições operacionais dos motores de combustão interna.

Tese de mestr.. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Este trabalho tem como objetivo melhorar as propriedades superficiais da liga Ti-6Al-4V, de alto potencial de uso nas áreas aeroespacial e médica, visto que possui excelente combinação de propriedades, como alta resistência mecânica, boa tenacidade e baixa massa específica, além de notáveis características de biocompatibilidade, aliadas a uma excelente resistência à corrosão, porém, com pobres propriedades tribológicas. Visando sanar essa desvantagem, são utilizados tratamentos assistidos a plasma no desenvolvimento deste estudo. São feitos tratamentos híbridos: IIIP (Implantação Iônica por Imersão em Plasma) combinado com NP (Nitretação por Plasma), e processos simples IIIP em baixas e altas temperaturas. Para os tratamentos em altas temperaturas, o potencial de plasma é variado entre 90V e 420V. Os melhores resultados obtidos são para os tratamentos realizados a 800C e baixo potencial de plasma (PP). Uma camada modificada de 1.500 nm é medida por GDOS ("Glow Discharge Optical Spectroscopy") para amostra tratada durante 240 minutos, cerca de 15 vezes mais espessa do que amostra tratada em processo IIIP simples (sem aquecimento adicional) por 100 minutos (melhor resultado obtido nessas condições). É observado um grande aumento na sua resistência ao desgaste, com coeficiente de atrito diminuindo de um valor médio de 0,4 (amostra de referência) para cerca de 0,1 - 0,05 para amostras tratadas, o que atribui alta resistência ao desgaste. É obtido também aumento da dureza superficial, da ordem de 250% em relação à amostra sem tratamento em valores aproximados de 22 GPa (dureza do nitreto de titânio). Após os tratamentos, as amostras preservam também sua boa resistência à corrosão. Essas modificações nas propriedades da estrutura devem-se a formação de nitreto de titânio, que pode ser detectado pela técnica de difração de raios X (XRD). Além de melhoria das propriedades de desgaste do material, é comprovada a eficiência do dispositivo de aquecimento interno ao porta-amostra, para a realização de tratamentos por plasma em altas temperaturas.

Este projeto de pesquisa de doutoramento envolveu o tratamento superficial das ligas AA7075 e Ti6Al4V, empregando a técnica de implantação iônica por imersão em plasma (3IP ou IIIP). Foram testados 4 regimes de processos 3IP: 1) Baixas energias e temperaturas; 2) Energias e temperaturas moderadas; 3) Baixa energia e alta temperatura; 4) Energia moderada e alta temperatura. As implantações foram realizadas usando-se plasma de nitrogênio e oxigênio puros e também misturas de nitrogênio e hidrogênio e de oxigênio e argônio. O principal objetivo foi o melhoramento das propriedades superficiais destas ligas amplamente empregadas no setor aeroespacial, através da formação de camadas de AlN e TiN. Depois do experimento empregando-se 3IP da mistura de N2:H2 com energias e temperaturas moderadas, verificamos um aumento da resistência à corrosão da liga de alumínio 7075, relacionada à redução da densidade da corrente de corrosão em duas ordens de grandeza, em relação à amostra não implantada. A liga de titânio apresentou reduções da densidade da corrente passiva, em uma ordem de grandeza após os tratamentos 3IP. O melhor resultado desta liga quanto à resistência à corrosão foi obtido após os tratamentos feitos empregando energias moderadas e alta temperatura, onde observamos valores da densidade da corrente de corrosão dez vezes menores do que antes dos tratamentos. A dureza da liga Ti6Al4V aumentou consideravelmente depois dos tratamentos, apresentando o dobro do valor da dureza da liga sem tratamento, depois de grande parte dos tratamentos. O resultado mais relevante foi obtido no tratamento 3IP de nitrogênio durante 1:40 h, realizado com 12 kV a 800C onde verificou-se um aumento de mais de três vezes no valor da dureza da liga implantada. Com o aumento da dureza, as superfícies do Ti6Al4V tratadas por 3IP em alta temperatura apresentaram reduções significativas da taxa de desgaste, em torno de até 90%, e em um dos casos nem sequer foi possível medir a largura da trilha do desgaste. Ainda em relação às propriedades tribológicas, podemos verificar também a redução do coeficiente de atrito depois de todos os tratamentos realizados com energias moderadas a 800 C, com isto a liga de titânio tornou-se mais resistente ao galling. Tais resultados aumentam as possibilidades de aplicações destes materiais nos mais diversos seguimentos industriais, principalmente nos setores aeronáutico e espacial que são de nosso maior interesse.