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Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unb.br/handle/10482/34525
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Title: Estudo tribológico da liga de alumínio SAE 305 com tratamentos superficiais : anodização e revestimento carbono tipo diamante
Authors: Pires, Michel Sullivan Teixeira
Orientador(es):: Doca, Thiago de Carvalho Rodrigues
Coorientador(es):: Steier, Volker Franco
Assunto:: Cabos condutores
Ligas de alumínio
Anodização
Resistência de materiais
Desgaste microabrasivo
Issue Date: 29-Apr-2019
Citation: PIRES, Michel Sullivan Teixeira. Estudo tribológico da liga de alumínio SAE 305 com tratamentos superficiais: anodização e revestimento carbono tipo diamante. 2018. xvii, 130 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Abstract: Ligas de alumínio são amplamente empregadas em diversas aplicações industriais, como por exemplo em sistemas de transmissão de energia elétrica. Nesse sistema, e mais especificamente na montagem grampo de suspensão/cabo condutor, as falhas podem ocorrer nas camadas internas do cabo ou na região de interface deste com a superfície do grampo de sustentação. Este trabalho explora este segundo tipo de falha. O presente trabalho apresenta estudos sobre o comportamento de um recobrimento de Diamond-Like Carbon (DLC) e de um tratamento por anodização quando aplicados a liga de alumínio SAE 305 (material empregado na confecção de grampos de sustentação dos cabos condutores). Estes tratamentos superficiais foram selecionados com base na sua ótima relação custo/benefício e boa resistência mecânica. Para analisar a resistência mecânica dos revestimentos, foram realizados os ensaios: de rugosidade, de dureza, de desgaste microabrasivos, de desgaste por fricção, e em uma bancada de ensaios de cabos condutores de energia em escala real. Os variados tipos de ensaios de desgaste tem por objetivo avaliar a eficácia contra o desgaste dos tratamentos superficiais sob diferentes condições tribológicas e de carregamentos, e analisar a dinâmica das partículas abrasivas nos tribossistemas. Nos ensaios microabrasivos do tipo “esfera livre”, um total de nove amostras, sendo três de cada grupo de material, foram testadas. Comparativamente ao alumínio sem revestimento, o DLC aumentou a resistência ao desgaste do substrato, enquanto que a anodização reduziu a resistência. Análises microestruturais permitiram concluir que a degradação superficial decorrente do processo de anodização e os mecanismos de desgaste foram os fatores principais pelo comportamento das amostras anodizadas. Os ensaios de desgaste por fricção foram realizados com um tribômetro convencional, na configuração esfera-sobre-plano, e do tipo deslizamento recíproco. Para todos os ensaios foi adotada uma carga normal de contato de 10 N, faixa de deslocamento de 4 mm, frequência de oscilação linear de 8 Hz, e dois tempos de duração de ensaio (30 minutos e 60 minutos). Os resultados obtidos mostram que as amostras anodizadas tiveram suave aumento na resistência ao desgaste em relação às amostras sem revestimento, enquanto que as amostras de DLC apresentaram significativo aumento na resistência. Os comportamentos das amostras foram discutidos com base em análise microestrutural e dos mecanismos de desgaste. Os ensaios com cabos condutores foram conduzidos com o intuito de avaliar o impacto da anodização e do DLC na vida útil desses elementos. Para tal, foram realizados 16 ensaios adotando-se a montagem grampos de suspensão revestidos/cabo condutor TERN. Três valores de deslocamento vertical (Yb) do condutor foram adotados: 0,84; 0,93 e 1,02 mm. Para todos os ensaios foi adotado um parâmetro H/w igual a 2144 m. Os resultados obtidos mostraram que ambos os tratamentos superficiais adotados não proporcionaram, de forma conclusiva, um aumento na vida útil do condutor. Análises morfológicas e de EDX das superfícies dos grampos tratados mostraram a formação de tribocamada de óxido de alumínio na interface de contato cabo-grampo. Os resultados reportados no presente trabalho demonstraram que o DLC contribuiu de forma significativa para o aumento da resistência ao desgaste dos espécimes nos ensaios microabrasivos e de desgaste por fricção. A expectativa para o aumento da vida útil do condutor utilizado em conjunto com grampos revestidos com DLC não foi observada de forma consistente. Dessa forma, trabalhos futuros são necessários para uma melhor investigação da contribuição do DLC para essa aplicação.
Abstract: Aluminum alloys are widely used in many industrial applications, such as in electric power transmission systems. In this application, and more specifically in an overhead conductor/clamping assembly, failures may occur in the inner layer of the conductor, or in the conductor/clamping interface. This work investigates the second type of failure. This work presents studies on the behavior of a Diamond-Like Carbon (DLC) coating and an anodization process when applied to aluminum alloy SAE 305 (material of the suspension clamp). These surfaces were selected based on their excellent cost/benefit ratio and good mechanical resistance. In order to evaluate the mechanical strength of the surfaces, the following tests were performed: roughness, hardness, micro-abrasive wear and friction wear. Moreover, experimental tests have been conducted on a real scale testing system. The wear tests aim to evaluate the wear resistance of the surface treatments under different tribological and loading conditions, besides analyzing the dynamics of the abrasive particles in the tribosystems. Micro-abrasive wear tests, using a free-ball system device, were carried-out on three specimens of each surface condition. Compared to the uncoated specimen, the DLC improved the wear resistance of the substrate, while anodization reduced the wear resistance. Microstructural analysis led to surface degradation due to the anodization process and wear mechanisms as the main factors of the anodized specimen behavior. Reciprocating sliding wear tests using a sphere-on-flat configuration were performed in a conventional tribometer. For all tribometer tests the following parameters were adopted: a normal load of 10 N; a stroke of 4 mm; a frequency of 8 Hz and two time durations (30 minutes and 60 minutes). In comparison to the untreated aluminum alloy, the DLC coating showed a significantly improved in wear resistance, whereas the anodization process showed a small improvement. The wear behavior of the specimens are discussed in terms of microstructural analysis and wear mechanisms. In addition, tests with overhead conductors were performed to evaluate the impact of anodization and DLC on the conductor lifetime. A total of 16 tests has been conducted on TERN conductor samples attached to coated suspension clamps. Tests were performed in three vertical displacements levels: 0.84, 0.93 and 1,02 mm. The H/w parameter was kept at 2144 m in all tests. The results showed that the investigated surface treatments did not provide a significant increase on the conductor lifetime. Morphological and EDX analysis of the clamping samples showed a tribolayer of aluminum oxide (Al2O3) in the interface of the contact conductor/clamp. The results reported in the present work showed that DLC improve the wear resistance of the specimens in the micro-abrasive and reciprocating sliding wear tests. The improve in conductor lifetime was not observed. Thus, future works are needed to better investigate the contribution of DLC for this application.
Description: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.
Licença:: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Appears in Collections:ENM - Doutorado em Ciências Mecânicas (Teses)

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