Fornecimento de vácuo fiável para nitruração por plasma

Sobre a HWL Löttechnik

A principal área de especialização da HWL Löttechnik GmbH em Berlim é o tratamento térmico de aço e outros metais, principalmente para a indústria aeroespacial e automóvel e para a tecnologia de centrais elétricas. A empresa oferece quase todos os tipos de tratamento térmico: endurecimento por indução e recozimento, endurecimento a vácuo, recozimento e brasagem, bem como todos os tipos de endurecimento externo.

A HWL Löttechnik foi fundada em 1981 num pátio em Berlim-Wedding, Alemanha, com apenas um colaborador. Em 1983, começou a funcionar na HWL o primeiro forno de vácuo de Berlim. Desde então, a empresa tem lidado com o tratamento térmico de aço e outros metais, incluindo titânio. Em 1996, a empresa mudou-se para um novo edifício em Berlim-Reinickendorf. Em 2006, mudaram-se para uma segunda localização. Atualmente, a HWL tem 30 colaboradores e já planeia a expansão para uma terceira localização. O equipamento está em funcionamento 365 dias por ano.

Kai Lembke trabalha na empresa familiar HWL desde 2004 e é acionista e membro do conselho de administração desde 2011. Ele considera a sua empresa um parceiro de desenvolvimento para muitos dos seus clientes, que muitas vezes chegam até ele com apenas uma ideia. Estas ideias tornam-se a base de protótipos, produções em pequena escala e, muitas vezes, resultam numa produção em grande escala. Na maioria dos casos, o processo inclui tarefas extremamente complexas, nas quais a HWL trabalha em conjunto com o cliente para encontrar uma solução. As atividades da HWL enquanto parceiro oficial da associação de investigação Rolls Royce Aerospace são um sinal de respeito pela empresa familiar como fornecedor competente.

Processo de nitruração por plasma

A nitruração por plasma está a tornar-se cada vez mais importante para o tratamento térmico na HWL. A empresa tem mais de 30 anos de experiência neste processo. Atualmente, a estrutura e composição das camadas de composto e de difusão podem ser continuamente controladas e monitorizadas graças à tecnologia e ao controlo de sistemas topo de gama. O plasma de corrente contínua pulsado é utilizado para alcançar resultados uniformes no tratamento térmico. A vantagem deste processo termoquímico é que o tratamento térmico pode ser realizado a temperaturas comparativamente baixas entre 520 e 580 °C. Para tornar o plasma condutor de eletricidade, têm de estar disponíveis transportadores de carga livres para a transmissão de eletricidade. À pressão atmosférica, seriam necessárias temperaturas economicamente irrealistas para produzir a condutividade elétrica do plasma. A HWL funciona com pressões de 2,5 milibar, o que, na prática, permite um tratamento térmico abaixo dos 600° Celsius. As temperaturas são baixas em comparação com outros métodos de tratamento térmico, o que tem um efeito extremamente positivo no comportamento de deformação dos componentes. Outra vantagem deste método é que as secções individuais dos componentes que não devem ser nitruradas podem ser mascaradas mecanicamente e, assim, seletivamente excluídas do processo de nitruração. Isto não altera as propriedades da superfície sob as secções mascaradas.

Antes do processo de nitruração por plasma propriamente dito, os componentes a serem tratados são posicionados com precisão no dispositivo de montagem. Aqui, os vários anos de experiência da HWL revelam-se úteis, visto que, para alcançar as propriedades desejadas da superfície, as peças têm de ser colocadas no forno na posição ideal. Após o processo de carregamento e depois de o forno ser fechado, é evacuado para a pressão do processo necessária e aquecido com o aquecedor de parede. Após este processo de aquecimento, os componentes são expostos a uma descarga luminescente numa atmosfera de nitrogénio. Nesta descarga luminescente é criado um plasma. No processo, o nitrogénio dissocia-se, é ionizado e queimado na superfície dos componentes. A temperatura de manuseamento exata e a duração da nitruração dependem do material, do tamanho e da composição dos componentes, bem como das profundidades de nitruração que se pretendem atingir. Após o procedimento de nitruração, o forno com os componentes é arrefecido. O processo completo demora entre 17 e 30 horas. O sistema de vácuo está em funcionamento durante este período (fig. 1).

Solução de sistema de vácuo e os seus benefícios para o cliente

Depois de a HWL já ter tido experiências positivas com outros sistemas de tratamento térmico com bombas de vácuo da Dr.-Ing. K. Busch GmbH, em 2013 foi adquirido um novo forno de nitruração que também incluía um sistema de vácuo da Busch. É composto por uma bomba de vácuo de palhetas rotativas R5 lubrificada com óleo como bomba primária e um acelerador de vácuo PUMA. Este sistema de vácuo atinge uma pressão final de <1 x 10^-2 mbar, enquanto a pressão de funcionamento real durante o processo é de 2,5 milibar. Utiliza o caudal ideal do sistema de vácuo, o mais elevado neste intervalo de funcionamento (fig. 2).

No início do processo, a bomba de vácuo de palhetas rotativas R5 evacua a pressão atmosférica do forno para um vácuo industrial de 100 milibar. Só então é ligado o acelerador de vácuo PUMA. Enquanto booster, este aumenta consideravelmente o caudal do sistema de vácuo para atingir rapidamente e manter a pressão do processo de forma fiável.
Ao combinar o sistema de vácuo com uma bomba de vácuo de palhetas rotativas e os seus controlos, especificamente coordenados para o processo, é possível alcançar o caudal máximo com o menor consumo de energia possível. A manutenção precisa da pressão de funcionamento e do caudal garante a capacidade de executar e documentar processos repetíveis. Desta forma, é possível alcançar com precisão as propriedades pretendidas do produto. Na maioria das vezes, os aços inoxidáveis de alta liga são nitrurados por plasma na HWL, mas os aços de construção ou metais sinterizados também são tratados termicamente utilizando este processo. Desde o arranque do forno de nitruração em 2013, nunca houve uma avaria ou falha no sistema de vácuo, apesar de estar em funcionamento sem interrupções. A operação contínua só é interrompida pelos tempos de configuração ou colocação.
Para Kai Lembke, a fiabilidade absoluta da tecnologia de vácuo tem a máxima prioridade. Isto porque a falha do sistema de vácuo durante o processo pode inutilizar todo o lote de componentes de precisão dispendiosos e de alta qualidade. Durante este período, nunca houve uma avaria no fornecimento de vácuo. É por isso que, para Kai Lembke, é óbvio que os únicos sistemas de nitruração que valem a pena considerar para a expansão planeada da empresa e da divisão de "nitruração por plasma" devem ser equipados com tecnologia de vácuo da Busch. A manutenção do sistema de vácuo é limitada ao mínimo. Para além da inspeção visual diária do nível de óleo, o óleo nas bombas de vácuo de palhetas rotativas R5 e na engrenagem do acelerador de vácuo PUMA é mudado a cada dois anos. Kai Lembke também sabe que o Centro de Serviço Busch se situa perto e pode estar imediatamente no local, caso aconteça alguma coisa.