Desgaste microabrasivo de revestimento níquel-fósforo tratado termicamente aplicado sobre liga Cu-Be C17200 - Reis, Tiago Marcelo (My University, 2022)
Copper-beryllium alloys are widely used to manufacture thermoplastics injection molds due to their high thermal conductivity. Even though these alloys admit precipitation hardening at temperatures between 250 and 400 ºC, they still call for surface coatings to enhance their abrasion resistance. However, application of these coatings can generate over-aging under specific deposition temperature ranges. This phenomenon causes a loss of substrate mechanical properties, making some industrial applications unfeasible, for example: construction of core pins with high slenderness ratio, and cores and cavities injection mold with narrow closure regions. This work proposes a solution to increase abrasive wear resistance of copper-beryllium alloy C17200 through an electroless nickel-phosphorus (NiP) coating. The temperature of 200 °C for 24 h used in the heat treatment of the coating was lower than the aging temperature of the substrate. Hardness of coating and substrate was evaluated by measuring the cross-sectional microhardness profile after heat treatment. Microstructure, chemical composition, and crystallinity of coating and substrate were characterized using scanning electron microscopy (SEM), glow discharge optical emission spectroscopy (GD-OES), and X-ray diffraction (XRD), respectively. Wear behavior of coating-substrate systems was evaluated by micro-abrasive wear tests optical profilometry and SEM. NiP coating combined with heat treatment increased the surface hardness from 340 HV for uncoated alloy to an average of 997 HV for coated and heat treated alloy while maintaining substrate hardness. The application of this coating reduced the wear coefficient in the order of 3.03 x 10-6 to 2.04 x 10-6 (mm³ N-1 mm-1). All the conditions analyzed, showed a mixed micro-abrasive wear mechanism with rolling and grooving wear characteristics. [resumo fornecido pelo autor]
As ligas de cobre-berílio são amplamente utilizadas na fabricação de moldes de injeção de termoplásticos devido à sua alta condutividade térmica. Embora essas ligas possam ter endurecimento por precipitação em temperaturas entre 250 e 400 ºC, elas ainda exigem revestimentos de superfície para aumentar sua resistência à abrasão. No entanto, a aplicação destes revestimentos pode gerar envelhecimento excessivo sob faixas de temperatura de deposição específicas. Este fenômeno causa perda das propriedades mecânicas do substrato, inviabilizando algumas aplicações industriais, como, por exemplo: construção de postiços com alto índice de esbeltez e machos, e cavidades com regiões de fechamento estreitas para moldes de injeção. Este trabalho propõe uma solução para aumentar a resistência ao desgaste abrasivo da liga de cobre-berílio C17200 por meio de um revestimento químico de níquel-fósforo (NiP). A temperatura de 200 °C por 24 h, utilizada no tratamento térmico do revestimento, foi inferior à temperatura de envelhecimento do substrato. As durezas do revestimento e do substrato foram avaliadas medindo-se o perfil de microdureza da seção transversal após o tratamento térmico. A microestrutura, composição química e cristalinidade do revestimento foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GD-OES) e difração de raios X (DRX), respectivamente. A resistência ao desgaste do sistema (revestimento-substrato) foi avaliada por meio de ensaio de microabrasão, perfilometria óptica e MEV. O revestimento NiP, combinado com o tratamento térmico, aumentou a dureza da superfície de 340 HV (liga não revestida) para uma média de 997 HV (liga revestida e tratada termicamente), mantendo a dureza do substrato. A aplicação deste revestimento reduziu o coeficiente de desgaste da ordem de 3,03 x 10-6 para 2,04 x 10-6 (mm³ N-1 mm -1). Todas as condições analisadas mostraram um mecanismo de desgaste microabrasivo misto com características de desgaste de rolamento e riscamento. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Ligas de cobre-berílio; Berílio; Revestimentos; Ciência dos materiais; Copper-beryllium alloys; Beryllium; Coatings; Materials science