Estudo da oxidação eletrolítica a plasma na liga AA2024-T3 para soldagem com compósito PEI/Fibra de vidro

Abstract

O desenvolvimento de processos que visam a união de materiais dissimilares, são de extrema importância para a soberania tecnológica nacional, pois permite o desenvolvimento de equipamentos dos mais diversos tipos com alto valor agregado. Para isto, torna-se necessária a criação e aplicação de processos avançados de tratamentos superficiais, manufatura, manutenção e união de materiais. Neste estudo, o processo de oxidação a plasma (PEO – Plasma Electrolytic Oxidation) foi empregado para produzir sobre a liga AA2024-T3, filmes óxidos, com a premissa de melhorar a adesão superficial com o compósito termoplástico PEI/Fibra de vidro, a partir do processo de união por soldagem (OFW- Oxi Fuel Welding) com gás GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) e oxi-acetilênica. Para a possibilidade de otimização do processo da união, foi aplicado neste estudo um planejamento experimental (fatorial) 22, tendo como variáveis o potencial aplicado e o tempo do processo de oxidação a plasma, sendo a variável resposta tensão de cisalhamento (MPa), obtida a partir do ensaio de Lap Shear Strength (LSS). Com a utilização de caracterizações de MEV/EDS dos revestimentos obtidos via PEO, constatou-se que estes são constituídos de óxidos (Al2O3 – majoritariamente) com incrementos de elementos tanto da liga tratada (como Si, Mg, Mn, Cu) quanto do eletrólito (Na, P, Si), com morfologia distinta, como microestruturas agulhadas tipo mulita, protuberâncias esféricas isoladas e uma superfície esponjosa. Seguindo a norma NBR 12611:2006, para avaliar a espessura dos revestimentos por microscopia óptica contatou-se que, em média o valor foi de ~93,0 µm. A partir do ensaio eletroquímico potenciodinâmico, observa-se que, os revestimentos forneceram a liga maior resistência a corrosão, como taxa de corrosão (mm/ano) em no mínimo 3,2 vezes menor. Em média, os valores de tensão de cisalhamento variaram entre 2,6 a 8,5 MPa para soldagem com GLP e 2,5 a 7,3 MPa para soldagem oxi-acetilênica. A partir da análise ANOVA (análise de variância), verificou-se que os modelos elaborados abrangiam apenas entre 13,02 a 29,91% de toda a variabilidade do processo de tratamento superficial a plasma. Pode-se inferir que o teor de Si no revestimento tenha aumentado a fragilidade da junta, quando submetida a forças de cisalhamento.

The development of processes that aim to joined dissimilar materials are extremely important for national technological sovereignty, as it allows the development of equipment of the most diverse types with high added value. For this, it becomes necessary to create and apply advanced processes of surface treatments, manufacture, maintenance and joining of materials. In this work, the plasma oxidation process (PEO – Plasma Electrolytic Oxidation) was used to produce oxide films on AA2024-T3, to improve the surface adhesion with the PEI/Fiberglass thermoplastic composite, from the process of joining by welding (OFW - Oxy Fuel Welding) with LPG (Liquefied Petroleum Gas) and oxyacetylene gas. For the possibility of optimizing the joining process, an experimental design (factorial) 22 was applied in this study, having as variables the voltage and the time of the plasma oxidation process, being the shear stress response variable (MPa), obtained from the Lap Shear Strength (LSS) test. Using SEM/EDS characterizations of the coatings obtained via PEO, it was found that they are made up of oxides (Al2O3 - mostly) with increments of elements both from the treated alloy (such as Si, Mg, Mn, Cu) and from the electrolyte ( Na, P, Si), with distinctive morphology, such as mullite microstructures, isolated spherical protuberances and a spongy surface. Following the NBR 12611:2006 standard, to evaluate the thickness of the coatings by optical microscopy, it was found that, on average, the value was ~93.0 µm. From the potentiodynamic electrochemical test, it’s observed that the coatings provided the alloy with greater corrosion resistance, as a corrosion rate (mm/year) at least 3.2x lower. On average, the shear stress values ranged from 2.6 to 8.5 MPa for LPG welding and 2.5 to 7.3 MPa for oxyacetylene welding. From the ANOVA (analysis of variance), it was verified that the models elaborated covered only between 13.02 and 29.91% of all the variability of the plasma surface treatment process. It can be inferred that the Si content in the coating increased the joint fragility when subjected to shear forces.