Desempenho de revestimentos de politetrafluoroetileno e dissulfeto de molibdênio em brocas para furação de madeira

Abstract

O presente estudo mostra a performance de dois revestimentos de brocas de aço AISI 1060 do tipo Auger Bits para a furação de madeira. Foram avaliados os seguintes tipos de revestimentos: politetrafluoroetileno (PTFE) e dissulfeto de molibdênio (MoS₂). A caracterização química dos revestimentos foi feita por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Já a avaliação da vida da ferramenta, através de testes de bancada, medindo-se o torque e potência durante o processo de furação. A medição de dureza dos corpos de prova de madeira foi feita na escala Shore D, e para a medição de dureza dos revestimentos e do substrato foi utilizada a escala Vickers. Através da metalografia foram determinadas a microestrutura da broca e a espessura de camada dos revestimentos. Todas as análises foram realizadas de forma comparativa entre as amostras com PTFE, MoS₂ e a amostra sem revestimento (referência). As brocas com PTFE em relação à referência obtiveram reduções do torque de furação na ponta da broca de 34,6 % e na região do canal de saída do cavaco de 4,3 %, reduzindo-se o consumo de energia durante as furações. Já as amostras de MoS₂ obtiveram além de um aumento do torque de furação de 28 %, um consumo de energia de 18 % superior ao da amostra referência. O revestimento de MoS₂ desplacou-se totalmente na região das arestas de corte. O torque nas amostras com PTFE foi menor em 49 % em comparação com MoS₂ na região da ponta e em 30 % no canal. Testes complementares de furação mostraram resultados positivos em todos os aspectos para as amostras de PTFE em comparação com a referência enquanto houve baixa remoção da camada de revestimento. Observou-se um revenimento da têmpera nas microestruturas dos substratos de ambos os revestimentos e redução da dureza devido a exposição ao aquecimento durante o processo de deposição dos revestimentos, no entanto, os resultados apontaram a viabilidade das brocas com revestimentos de PTFE em detrimento ao MoS₂, além da melhor performance quando comparadas com as amostras referência. As melhorias podem proporcionar aos usuários maior número de furos por carga de bateria e melhor controle na furação devido ao baixo torque.

The present study shows the performance of two coatings for AISI 1060 steel drills bits of the Auger Bits type for wood drilling. The following types of coatings were evaluated: polytetrafluoroethylene (PTFE) and molybdenum disulfide (MoS₂). The chemical characterization of the coatings was performed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The evaluation of the useful life of the tool, through bench tests, measuring the torque and power during the drilling process. The hardness measurement of the wooden specimens was made in the Shore D scale, and for the measurement of the hardness of the films and the substrate the Vickers scale was used. Through metallography, the microstructure of the drill bit and the layer thickness of the films were determined. All analyses were performed comparatively between the samples with PTFE, MoS₂ and the sample without coating (standard). The drills with PTFE in relation to the standard ones obtained reductions of the drilling torque at the tip of the drill 34,6 % and in the region of the chip output in the flute of up to 4,3 %, reducing the expenditure of electrical power during the drilling. The MoS₂ samples, on the other hand, obtained an increase in drilling torque of 28 %, an energy consumption of 18 % higher than that of the standard sample. In addition to the MoS₂ film totally deflate in the region of the cutting edges. Torque in PTFE samples was 49 % lower compared to MoS₂ in the tip region and 30 % in the flute. Complementary drilling tests showed positive results in all aspects for the PTFE samples compared to the standard as long as the coating layer did not deflate. It was observed a tempering in the microstructures of the substrates of both films and reduction of hardness due to exposure to heating during the coatings deposition process, however, the results showed the viability of the drills with PTFE films to the detriment of MoS₂, in addition to the better performance when compared to the standard samples. Improvements can provide to the users more holes per battery charge and better drilling control due to low torque.