Desenvolvimento de um revestimento esmaltado à base de borofosfato de alumínio para a liga AlSi9Cu3 e avaliação do acoplamento suporte/esmalte

Abstract

A fadiga térmica pode causar danos irreversíveis nas ligas de alumínio, restringindo seu uso na indústria automotiva, apesar de suas excelentes propriedades mecânicas e tecnológicas. A aplicação de um revestimento esmaltado com baixa condutividade térmica pode ser uma alternativa para obter uma barreira protetora contra temperaturas elevadas no corpo de um componente fabricado com uma liga de alumínio. No entanto, o baixo ponto de fusão e o alto coeficiente de expansão térmica (CET) das ligas de alumínio limitam as opções de revestimento. Assim, um recurso de acoplamento adequado pode ser obtido entre ligas de alumínio e um revestimento esmaltado. Neste trabalho, um revestimento esmaltado baseado no sistema de borofosfato de alumínio foi desenvolvido e aplicado sobre uma liga comercial de alumínio, silício e cobre. O revestimento foi caracterizado por difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, testes de dureza e análises térmicas. O acoplamento entre o revestimento esmaltado e a superfície da liga de alumínio foi estudado empregando dilatometria e fleximetria óptica. Um revestimento denso, aderente e com acoplamento dilatométrico adequado (temperatura efetiva de 345 ºC) relacionado à liga de alumínio investigada foi obtido a 500 ºC. A alta compatibilidade de CET entre as camadas (24,54x10-6 °C-1 para o substrato e 14,56x10-6 °C-1 para o revestimento) levou a um material aderente e livre de trincas. O revestimento esmaltado potencializa o uso mais amplo dessa liga, melhorando seu desempenho e eficiência térmica. Esse resultado sugere um potencial de aplicações na indústria automotiva, por exemplo.

Thermal fatigue can cause irreversible damage in aluminum alloys restricting their use in the automotive industry, despite their excellent mechanical and technological properties. The application of a glazed coating with low thermal conductivity can be an alternative to obtain a protective barrier against high temperatures in the body of a component made with an aluminum alloy. However, the low melting point and high coefficient of thermal expansion (CTE) of aluminum alloys limit the coating options. Thus, a suitable coupling feature can be obtained between aluminum alloys and a glazed coating. In this work, a glazed coating based on the aluminum borophosphate system has been developed and applied onto an aluminum-siliconcopper commercial alloy. The coating has been characterized by X-ray diffractometry, scanning electron microscopy, hardness tests, and thermal analysis. The coupling between the glazed coating and the aluminum alloy surface was studied employing dilatometry and optical fleximetry. A dense, adherent coating with an adequate dilatometric coupling (effective coupling temperature of 345 °C) related to the investigated aluminum alloy was obtained at 500 °C. The high compatibility of CTE between the layers (24.54x10-6 °C-1 for the substrate and 14.56x10-6 °C-1 for the coating) led to an adherent and crack-free material. The glazed coating enhances the wider use of this alloy, improving its performance and thermal efficiency. This result suggests an enormous potential of applications in the automotive industry, for instance.