Andrea Alborghetti – TAV Vacuum Furnaces SPA; Caravaggio, Itália
A sinterização a vácuo é um dos heróis desconhecidos da metalurgia industrial. Neste processo crucial, os materiais são aquecidos em um ambiente de vácuo até que estejam quase no ponto de fusão. À medida que o calor é aplicado, os materiais se tornam compactados, criando novos materiais com propriedades completamente diferentes.
Qual é o caminho certo para realizar o processo de sinterização? Esta rápida passagem pela sinterização a vácuo fornecerá uma base sólida para as empresas que desejam introduzi-la em suas operações.
Primeiras Coisas Primeiras: Por Que Usar Sinterização a Vácuo?
Em sua raiz, a sinterização a vácuo envolve duas coisas: um forno a vácuo e uma combinação de pós metálicos. Usando um corretamente e misturando o outro nas proporções corretas, várias propriedades úteis podem ser promovidas.
Por exemplo, a sinterização pode criar compostos metálicos que reduzem a incidência de falhas de componentes em máquinas ou veículos. E também é muito útil na criação de componentes que exigem alta porosidade – como em encanamentos ou sistemas envolvendo rolamentos de esferas.
Então, se você precisa fortalecer um produto ou alterar sua porosidade, a sinterização é geralmente a melhor opção disponível.
No entanto, é importante lembrar que a sinterização geralmente não pode acontecer antes que outro processo importante tenha ocorrido: a retirada dos ligantes (debinding). E os dois processos vão juntos ao planejar decisões de compra.
Debinding: Uma Preparação Essencial para a Sinterização
Debinding prepara materiais ou componentes para sinterização a vácuo, e precisa ser feito completamente. Todos os componentes terão impurezas, geralmente como resultado de processos de moldagem por injeção. Quando essas impurezas são deixadas na superfície do componente, elas podem facilmente contaminar o processo de aglutinação.
Debinding refere-se à remoção de “ligantes”, que são depositados durante os processos de produção. Se for mal feito, pode resultar em bolhas nas superfícies dos componentes ou na criação de poros que não podem ser removidos durante a fase de sinterização.
É por isso que realmente importa como o debinding é realizado. O processo exato usado depende completamente de qual tipo de ligante está presente. Pode envolver o uso de especialistas em solventes, mas quase sempre envolve a decomposição de aglutinantes orgânicos através do tratamento térmico, geralmente a temperaturas de 150-600°C. Múltiplas passagens através do forno são frequentemente necessárias para garantir que todo o aglutinante foi removido, e vale a pena ser cauteloso, porque mesmo quantidades vestigiais podem contaminar a fase de sinterização.
Nesta fase, uma consideração importante entra na equação: Você deve usar o mesmo forno a vácuo para sinterização e debinding? Essa é uma questão vital porque influencia o custo do processo e a probabilidade de sucesso. Então, definitivamente vale a pena considerar mais detalhadamente.
Você Deve Combinar seu Forno de Sinterização e Debinding?
Vários fatores entram em jogo quando decidimos combinar ou não seu forno de sinterização e debinding.Primeiro, é importante trazer a fragilidade de seus componentes para a análise. Quando os componentes são submetidos a debinding, a remoção de ligantes e o calor envolvido podem deixá-los muito mais frágeis e propensos à quebra do que antes. Mover muitos componentes entre fornos pode resultar em perdas, pois essas peças falham, tornando um único forno mais vantajoso. No entanto, é importante observar que isso pode ser resolvido com a aplicação de um estágio de pré-inserção no forno de debinding.
Garantir um processo limpo também é absolutamente essencial. Em nenhum momento você quer que os contaminantes interajam com a câmara de sinterização. Então, aparentemente, sinterizar e remover ligantes parece estar em conflito. Debinding remove as impurezas, tornando-as inerentemente “sujas”, mas isso não é o fim da história. Em muitos casos, os ligantes que estão sendo removidos podem ser mantidos separados dos pós de sinterização quando os processos apropriados são seguidos (veja a seção nas caixas).
As preocupações com custos também são importantes. Nem todos os proprietários de fábricas podem operar tanto fornos de sinterização quanto de debinding, particularmente quando o volume de material sendo processado é relativamente baixo.
O tempo entra em jogo também. Em geral, a sinterização é muito mais rápida que a debinding, mas a diferença varia dependendo dos materiais usados. Se a lacuna for grande, então um forno de extração muito maior será necessário para que a linha de produção possa manter um ritmo constante. Nesses casos, ter fornos separados faz sentido.
A mão-de-obra também deve ser considerada. Em instalações de produção menores, a combinação de fornos de sinterização e debinding pode permitir que as empresas façam o melhor uso de seus recursos humanos. Quando os funcionários não precisam mover componentes ou gerenciar dois fornos, eles podem ser muito mais produtivos.
Finalmente, os custos de energia são importantes. Em muitos casos, combinar os dois fornos a vácuo resulta em ganhos de eficiência energética, reduzindo os custos. Se feito corretamente, haverá muito menos necessidade de resfriar e aquecer o forno – o principal consumidor de energia no processo.
Portanto, há argumentos a favor ou contra o uso de fornos de debinding e sinterização separados. Em geral, se você tiver requisitos de extração desafiadores ou se estiver particularmente preocupado com a fragilidade dos componentes, um forno separado será aconselhável. No entanto, se elas não se aplicarem, você poderá economizar em custos e energia combinando fornos sem comprometer a qualidade do produto.
Claro, há outro lado da equação: os requisitos do estágio de sinterização. Vamos considerar esse processo com mais profundidade.
Escolha a Configuração Perfeita para o seu Forno de Sinterização
Além do isolamento, a zona quente também precisa ser trazida para a análise. Geralmente, é importante pensar em manter a massa da zona quente baixa e encontrar um sistema que opere na faixa de temperatura correta, com baixos custos operacionais e operação eficiente nos níveis máximos de energia.
Em termos de dimensões, uma seção transversal quadrada garante um fluxo ótimo de gás através da zona quente e também tende a reduzir os custos quando comparado ao volume útil. Você pode ser flexível aqui, dependendo do que precisa ser processado. Se temperaturas muito altas forem necessárias, no entanto, você terá menos opções. Nestes casos (acima de 2000°C), um resistor cilíndrico suspenso suportado por passagens de corrente é frequentemente a única opção.
A distribuição de fluxo de gás também é algo a considerar, e aqui você tem três opções amplas: distribuição de fluxo de gás com uma caixa, sem caixa ou nem distribuição.
A distribuição com uma caixa permite aos operadores maior controle sobre os fluxos de gás. Manter uma pressão ligeiramente maior fora da caixa ajuda a evitar a contaminação da zona quente enquanto estiver extraindo ligantes dos produtos. Ao bombear o gás diretamente para a caixa, os usuários podem manter o gás fluindo sobre os componentes sinterizados o mais puro possível, resultando em menos falhas e um resultado mais puro. Isso tende a ser a melhor solução para configurações onde debinding e sinterização ocorrem no mesmo forno.
No entanto, a sinterização a vácuo também pode ocorrer sem uma caixa. Neste caso, a distribuição de gás pode ser obtida através de uma série de pontos dentro da câmara, garantindo a uniformidade durante o processo de sinterização. Este sistema tende a aumentar o volume utilizável da câmara e aquece e esfria mais rapidamente do que as versões em caixa. Isso também significa que o forno pode ser adaptado para outras tarefas, como a têmpera – uma grande vantagem para empresas menores.
Finalmente, sistemas sem distribuição de gás também existem. Esses sistemas básicos podem ser criados com a atualização de fornos convencionais, mas não são adequados para tarefas de sinterização especializadas, de ponta.
Escolha a Estratégia de Carregamento Ideal
Se você escolheu um sistema de distribuição de gás em caixa, o carregamento é a última coisa em que pensar (caso contrário, você está pronto para fazer uma compra no forno ou fazer um upgrade). A questão principal aqui é se usar uma caixa fixa ou removível para segurar a carga durante a sinterização. Como de costume, a solução certa depende das suas necessidades. As caixas removíveis adequam-se às operações com um modo de fluxo único e cargas que podem ser resfriadas em gás estático. Nestes casos, as caixas podem ser montadas em troles, tornando a remoção simples e segura.
Em fornos mais complexos, onde múltiplos fluxos são empregados, a remoção da caixa pode ser impraticável. Nestes casos, as caixas precisam ser instaladas com prateleiras removíveis, permitindo que você remova a carga sem perturbar a caixa de sinterização. Também estão disponíveis soluções híbridas que apresentam estruturas de cabeça removíveis que encaixam em carcaças fixas, proporcionando um meio termo. Esteja ciente de que esses sistemas híbridos podem ocupar mais espaço de câmara com efeitos em sua eficiência térmica e volume utilizável, portanto, eles não são comuns.
Comece a Planejar Hoje Suas Operações de Debinding e Sinterização
Espero que agora você tenha uma ideia mais clara de combinar processos de debinding e sinterização, o tamanho do forno que você precisa, o tipo de isolamento que você precisa para sua câmara térmica e se você precisa de uma configuração em uma caixa ou não.
Todos esses fatores alimentam a decisão sobre a escolha de um forno de sinterização, e todos eles são importantes. Escolha sabiamente e você pode facilmente criar um processo de sinterização eficiente e econômico para praticamente qualquer aplicação industrial.
Para mais informações: Contate Andrea Alborghetti, Gerente Técnica, TAV Vacuum Furnaces SPA, Via dell’industria 11- 24043 Caravaggio (BG) – Itália; tel: +39 0363 355711; e-mail: info@tav-vacuumfurnaces.com; web: www.tav-vacuumfurnaces.com.
