Estratégias para a redução de resíduos sólidos na usinagem eletroquímica do aço SAE 4144M

Orientador: Prof. Dr. Marcio VidottiDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 29/09/2017Inclui referências: p.114-123Área de concentração: Físico-QuímicaResumo: A usinagem eletroquímica é amplamente aplicável para a produção de peças de ligas metálicas com alta qualidade e desempenho, caracterizada pela fabricação de complexas geometrias principalmente em materiais de alta dureza e difícil usinabilidade. Fundamenta-se no processo de dissolução anódica de uma peça de trabalho [ânodo (+), liga metálica] através da aproximação de contra eletrodo [cátodo (-)], sob presença de solução eletrolítica e a aplicação de uma diferença de potencial (voltagem). Os elevados níveis de densidades de corrente necessários, alta taxa de liberação de hidroxila no meio (devido reação catódica da água) e a presença exclusiva de sais inorgânicos (normalmente NaCl ou NaNO3) dissolvidos em água para formar a solução eletrolítica, são os principais fatores que causam enorme geração oxihidróxidos metálicos neste processo. Em escala industrial, estes oxihidróxidos instantaneamente precipitam em solução e ocasionam dificuldades operacionais, como por exemplo, frequentes paradas para manutenção de dispositivos e contra eletrodos, processos adicionais para remoção desse resíduo sólido da superfície da peça de trabalho, do meio eletrolítico e também a necessidade do tratamento desse efluente para apropriado descarte no meio ambiente. Frente a este cenário, desenvolver alternativas para redução da geração do precipitado neste processo é a motivação deste projeto de pesquisa, visando no futuro, minimizar esses impactos negativos no processo industrial. Novas composições de soluções eletrolíticas foram propostas através da adição de agentes complexantes ou redutores, sempre avaliando o impacto em características importantes do processo como a taxa da dissolução anódica, qualidade superficial da peça de trabalho, caracterização do precipitado, propriedades da solução eletrolítica e métodos a serem aplicáveis para regenerar as novas configurações de eletrólito obtidas. Os parâmetros da dissolução anódica foram baseados no processo de usinagem eletroquímica do aço SAE 4144M presente na Robert Bosch Ltda para a fabricação de componente de bomba injetora para sistemas de combustão a Diesel, o qual utiliza solução eletrolítica de meio neutro em presença de 100 g.L-1 NaCl. Palavras chave: Usinagem eletroquímica. Redução resíduos sólidos. Agentes complexantes ou redutores na solução eletrolítica.Abstract: The electrochemical machining is widely applicable to produce metallic alloy parts with high quality and performance, it's characterized by manufacturing of complex geometries mainly on materials with high hardness and difficult machinability. It's based on the anodic dissolution process of workpiece [anode (+), metallic alloy] through counter electrode [cathode (-)] approximation, in presence of electrolyte and potential difference application (voltage). The high current density levels needed, high release rate of hydroxyl in the solution (due cathodic water reaction) and exclusive presence of inorganic salts (normally NaCl or NaNO3) dissolved in water to create the electrolyte solution, are the main factors that cause high metallic hydr(oxides) generation in this process. In industrial scale, this hydr(oxides) immediately precipitate in the solution and cause some operational difficulties, for instance, frequent production stops for counter electrodes and devices maintenance, additionals processes for solids residue removal from workpiece surface, electrolyte medium and the effluent treatment are needed for its appropriate discard in the environment. In view of this scenario, developing alternatives to reduce precipitate generation in this process is the research project motivation, aiming in the future, minimize these negatives impacts for industrial processes. New electrolyte composition proposals were made through addition of complexing or reducing agents, always evaluating the impact on important process characteristics as anodic dissolution rate, workpiece quality surface, precipitate characterization, electrolyte solution properties and methods to be applicable for regenerating new obtained electrolytes configurations. The anodic dissolution parameters were based on electrochemical machining process of SAE 4144M alloy present at Robert Bosch Ltda for the manufacture of an injection pump component for Diesel combustion systems, which use neutral aqueous solution in presence of 100 g.L-1 NaCl, as electrolyte. Key words: Electrochemical machining. Solid residue reduction. Electrolyte in presence of complexing or reducing agents