Tese de Doutorado

A indústria automotiva procura constantemente soluções para aumentar a eficiência energética dos veículos automotores. Uma iniciativa, é a redução de massa com o uso de materiais menor massa específica e que apresentem compatibilidade com a função no veículo. Um dos materiais utilizados para essa iniciativa é o alumínio e suas ligas. A adoção de ligas de alumínio indicou uma necessidade de proteção superficial, que aumentasse a vida útil do componente sujeitos à ação de agentes externos, e neste caso, uma proteção superficial utilizada é a anodização. Este trabalho teve o objetivo de propor a redução de massa de veículos por meio da redução do tamanho do sistema de arrefecimento (diminuindo a massa de líquido e tamanho dos radiadores). Isto ocorrendo por meio de uma mais eficiente condução de calor da combustão para o sistema de escapamento, calor este gerado pelos gases provenientes da queima do combustível. Para esta finalidade, foi obtido uma camada cerâmica de proteção e isolamento térmico, na superfície interna dos dutos de exaustão em liga de alumínio com altos teores de silício (composição química nominal de Al-7,5Si-3,5Cu %massa), utilizada em cabeçotes, por meio de anodização dura. A anodização foi feita com o eletrólito de H₂SO₄ 184 g.L^-1 à temperatura de 2 ºC e uma tensão variável de 20 V a 40 V. As camadas de óxido obtidas tiveram uma espessura média de 150 μm, uma uniformidade adequada e uma adesão à liga base. A camada obtida não apresentou sinais de degradação ou de desplacamento após um teste em motor em dinamômetro, por 500 h, o equivalente ao uso do motor por 85.000 km. A análise da condutividade térmica da superfície, após a anodização, mostrou uma redução de 83% em comparação à superfície sem tratamento, indicando que a barreira térmica é efetiva.

The automotive industry is constantly seeking solutions to increase the energy efficiency of motor vehicles. One initiative is the reduction of mass through the use of materials with lower specific mass that are compatible with the vehicle's function. One of the materials used for this initiative is aluminum and its alloys. The adoption of aluminum alloys has indicated the need for surface protection, which would increase the service life of components subject to the action of external agents. In this case, one of the surface protections used is anodization. This work aimed to propose the reduction of vehicle mass by reducing the size of the cooling system (decreasing the mass of liquid and the size of radiators). This is achieved through more efficient heat conduction from combustion to the exhaust system. The heat is generated by the gases from fuel combustion. For this purpose, a ceramic layer for thermal protection and insulation was obtained on the internal surface of the exhaust ducts in aluminum alloy with high silicon content (nominal chemical composition of Al7,5Si3,5Cu %mass), used in cylinder heads, through hard anodization. The anodization was performed with an electrolyte of H₂SO₄ 184 g.L^-1 at a temperature of 2 ºC and a variable voltage of 20 V to 40 V. The oxide layers obtained had an average thickness of 150 μm, adequate uniformity, and adhesion to the base alloy. The obtained layer showed no signs of degradation or wear after a 500-hour test on an engine dynamometer, equivalent to the use of the engine for 85.000 km. The analysis of the thermal conductivity of the surface, after anodization, showed an 83% reduction compared to the untreated surface, indicating that the thermal barrier is effective.