Maskless electrochemical texturing surfaces for tribological purposes

Surface texturing can be used to improve the tribological performance of mechanical contacts, in particular in the case of lubricated systems. The purpose of this work is to improve an alternative method for surface texturing based on electrochemical machining. Electrochemical dissolution combines high speed, good reproducibility and high cost-benefit ratio, which are important factors when an industrial application of surface texturing is pursued. Since the area to be textured is not required to be masked, the technique is optimized, without the need of a pre or post treatment of each surface. Another nonconventional machining technique, Electrical Discharge Machining (EDM), was used to drill microholes in the cover of the tool that will be used in the microtexturing operations. The pattern of microholes in the tool is copied onto the workpiece through the action of electrochemical dissolution. The improvement of the electrochemical texturing technique was achieved with the design of an electronic circuit with a data acquisition system and of an electrochemical cell and with the specification of the electrolyte pumping system, which improved the surface finish of the textured workpiece, as well as with the development of tools that made possible the confection of different microtexture patterns. In the electrochemical cell, the tool material was AISI 230 ferritic stainless steel and the workpiece material was carbon steel AISI 1010o. Sodium Chloride was chosen as the electrolyte tool makes the electrical contact between the electrodes. During the electrochemical texturing tests, the effect of important parameters such as the gap between electrodes, the applied voltage and the total texturing time were evaluated, and the best values found were a gap of 100 mm, a voltage between 30V and 40V and a texturing time between 20s and 60s. Different texturing patterns were obtained with good results, including dots, trace-dots and chevrons. A tribological test showed a reduction in friction and wear of a textured surface lubricated with MoS2, when compared with a smooth surface.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisMestre em Engenharia MecânicaA texturização superficial pode ser utilizada para melhorar o desempenho tribológico de contatos mecânicos, em particular em regimes lubrificados. O presente trabalho tem o objetivo de aprimorar uma metodologia alternativa para a texturização de superfícies baseada em princípios de usinagem eletroquímica. A dissolução eletroquímica alia rapidez, reprodutibilidade e elevado custo-benefício, que são extremamente importantes quando se visa a aplicação da microtexturização em escala industrial. O não mascaramento da área a ser texturizada otimiza a técnica, dispensando um tratamento prévio e posterior de cada superfície. Uma técnica também não convencional de usinagem, a eletroerosão, foi utilizada para a microfuração da tampa da ferramenta a ser usada na microtexturização. O padrão de microfuração da ferramenta é copiado à peça pela ação da dissolução eletroquímica. O aprimoramento da técnica de texturização eletroquímica foi acompanhado pelo projeto de um circuito eletrônico com sistema de aquisição de dados, de uma célula eletroquímica e pelo dimensionamento de um sistema para bombeamento e fluxo de eletrólito, que permitiram uma melhora no acabamento superficial das peças microtexturizadas, além do desenvolvimento de ferramentas que viabilizaram a confecção de diferentes padrões de microtexturização. Na célula de texturização eletroquímica, o material da ferramenta foi o aço inoxidável ferrítico AISI 430 e o da peça foi o aço carbono 1010. O eletrólito escolhido para promover o contato elétrico entre os eletrodos foi o NaCl. Durante a texturização eletroquímica foram avaliados parâmetros importantes como o distanciamento entre eletrodos, a tensão aplicada e o tempo total de texturização, sendo que os melhores resultados foram obtidos para um distanciamento de 100 mm, uma tensão de 30 a 40 V e um tempo de texturização entre 20 e 60 s. Foram texturizados ainda padrões com formatos de ponto, traço-ponto e V , obtendo-se bons resultados. Um teste tribológico mostrou uma redução do atrito e uma diminuição do desgaste de uma superfície texturizada lubrificada com MoS2, quando comparada com uma superfície lisa