Engenharia de Superfícies

Mestrado em Engenharia Mecânica - Projecto e Produção Mecânica, Publicação em Diário da República - Despacho n.º 14908/2014

6 ECTS; 1º Ano, 1º Semestre, 30,0 T + 15,0 TP + 4,0 OT

Docente(s)
- Isabel Maria Duarte Pinheiro Nogueira

Pré-requisitos
Não aplicável

Objetivos
Sensibilizar para a importância das superfícies técnicas no funcionamento, durabilidade e fiabilidade dos equipamentos mecânicos. Transmitir conhecimentos associados à degradação das superfícies e aos métodos de tratamento e revestimentos das superfícies.

Programa
1. INTRODUÇÃO À ENGENHARIA DE SUPERFÍCIES:
1.1. Um pouco de História;
1.2. Engenharia de Superfícies: definição, princípios e conceitos básicos;
1.3. A Engenharia de Superfícies na conceção e projeto de materiais e componentes;
1.4. Desgaste vs. atrito
1.5. Analise dos sistemas tribológicos.

2. SUPERFÍCIES DE CORPOS SÓLIDOS:
2.1. Superfícies de sólidos: definição. Interfaces sólido-gás e sólido-líquido. Tensão de superfície. Anisotropia da tensão de superfície em sólidos: diagramas de binários de interface.
2.2. Topografia de superfícies: definição da forma e rugosidade, filtragem e rugosidade a diferentes escalas.
2.3. Caracterização da rugosidade: equipamentos e técnicas de medida. Erros associados aos métodos de contacto e aos métodos óticos.
2.4. Descrições estatísticas da rugosidade das superfícies e parâmetros de rugosidade: Ra, Rz, Rmax, bearing ratio, skewness e kurtosis. Outros parâmetros.

3. MECÂNICA DO CONTACTO:
3.1. Contactos Singulares. Contacto elástico: modelo de Hertz; campo de tensões normais e de corte nas zonas de contacto entre superfícies paraboloides, tensões de corte máximas e implicações sobre o projecto de revestimentos. Contacto plástico: o modelo de Bowden e Tabor e conceito de dureza do material
3.2. Contactos múltiplos. Superfícies rugosas, área nominal e área real de contacto, modelo de Greenwood e Williamson, índice de plasticidade. Modelo de Johnson, Kendall e Roberts.

4. ATRITO:
4.1. Origem do atrito. Leis de atrito (Amontons e Coulomb).
4.2. Coeficientes de atrito estáticos e dinâmicos: definição e modelos mecânicos. Componente de adesão. Componente de deformação plástica. Previsões teóricas para o coeficiente de atrito e desvios experimentais. Outras contribuições (plastificação, encruamento, fluência).

5. LUBRIFICAÇÃO:
5.1. Regimes de Lubrificação: Curva de Stribeck.
5.2. Lubrificação hidrostática. Lubrificação hidrodinâmica. Lubrificação mista. Lubrificação por camada limite.
5.3. Lubrificantes Sólidos.

6. DESGASTE:
6.1. Tipos de desgaste: nomenclatura e classificação dos tipos de desgaste de acordo com diferentes autores. Importância relativa dos diferentes tipos de desgaste. Parâmetros que influenciam o comportamento ao desgaste.
6.2. Desgaste Adesivo. Modelo de Archard. Desgaste por deslizamento de metais, cerâmicos e polímeros. Mecanismos de desgaste e mapas de desgaste: a abordagem de Lim e Ashby.
6.3. Desgaste abrasivo. Modelo de Rabinowicz. Limitações do modelo e abordagens alternativas (Challen e Oxley). Mecanismos de desgaste abrasivo: microcorte, nicrolavragem, microfadiga e microfissuração. Abrasão em cerâmicos e polímeros.
6.4. Desgaste triboquímico. Fenomenologia. Modelo de Quinn.
6.5. Erosão. Erosão por partículas sólidas e fluidos. Cavitação.
6.6. Fadiga de superfícies. Fenomenologia. Nucleação e propagação de fissuras superficiais e subsuperficiais. Modelo de Kuhlmann-Wilsdorf.
6.7. Outros tipos de desgaste: fretting, desgaste induzido electricamente e outras formas de desgaste.

7. TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES:
7.1. Tratamentos de superfícies "clássicos": térmicos, químicos e termoquímicos.
7.2. Revestimentos: deposição física em fase vapor (PVD); deposição química em fase vapor (CVD), deposição por imersão (zincagem, aluminização).
7.3. Técnicas de projecção. Princípios fundamentais. Projecção térmica. Projecção plasma.
7.4. Outras técnicas. Tratamentos superficias por laser. Deposição autocatalítica de metais (Deposição "electroless" Ni e Au). Deposição electroquímica: galvanização, cromagem, niquelagem, cadmiagem, anodização das ligas de alumínio, deposição de metais nobres.

Metodologia de avaliação
Avaliação da unidade curricular é constituída:

A) pela realização de um Trabalho de pesquisa bibliográfica sobre um tema inserido no programa lecionado. O trabalho poderá ser realizado por um ou dois alunos e deverá ser entregue até ao último dia no período de contacto.

B) pela realização de um Exame, através por uma prova escrita em época normal, ou de recurso.

C) pela apresentação de casos práticos, durante a aula, elucidativos dos fundamentos teóricos lecionados, através da explanação de publicações da área científica.

A aprovação a esta unidade curricular será obtida com nota igual ou superior a 10 valores, através da seguinte formula.

NF= A (40 %) + B (50 %) + C (10 %)

Bibliografia
- Silva, F. (1995). TRIBOLOGIA. : Fundação Calouste Gulbenkian
- Davim, J. (2011). TRIBOLOGY FOR ENGINEERS: A PRACTICAL GUIDE. : Woodhead Publishing
- Neale, M. (1993). A TRIBOLOGY HANDBOOK. : SAE/Butterworth
- Shigley, J. (2004). MECHANICAL ENGINEERING DESIGN. :
- Holmberg , . e Matthews, . (2009). Coatings Tribology: Properties, Mechanisms, Techniques and Applications in Surface Engineering. New York: Elsevier Science

Método de interação
A lecionação será efetuada através de aulas de carácter expositivo dos conteúdos programáticos. Serão seguidas de resolução de exemplos práticos para consolidação dos conceitos. Dá-se especial relevo à interatividade registada durante as aulas.

Software utilizado nas aulas
Não aplicável