METALIZAÇÃO ECOLÓGICA DE POLÍMEROS PARA A INDÚSTRIA AUTOMÓVEL

Abstract

O presente estudo incide sobre a aplicação de revestimentos metálicos, mais concretamente de crómio, em polímeros para a indústria automóvel. Estes revestimentos eram obtidos pelo processo de cromagem eletrolítica, que proporcionava proteção contra o desgaste e a corrosão, atribuindo ainda às peças um aspeto cromado, concebendo-lhes deste modo, também, uma função decorativa. No entanto, a produção de revestimentos por este processo resultava na libertação de iões de crómio hexavalente. O contacto com esta substância química revelou ser um perigo para o ambiente e para a saúde, provocando o aparecimento de cancros. Posto isto, em Setembro de 2017, o regulamento REACH da UE proibiu o uso de crómio hexavalente em revestimentos na UE. A pulverização catódica foi a alternativa utilizada neste trabalho uma vez que se trata de uma técnica de produção de revestimentos mais ecológica que permite utilizar diversos materiais.Ao longo do tempo, a quantidade de polímeros utilizados em componentes automóveis, incluindo os usados para efeitos decorativos, tem vindo a aumentar devido ao facto de serem um material de baixo peso e com baixo custo de produção. Assim sendo, estabelece-se como principais objetivos conseguir obter a deposição de revestimentos metálicos por pulverização catódica com boa adesão aos substratos poliméricos, sem a presença de pinholes, com o máximo de espessura possível, de forma a possuírem alguma resistência mecânica. Outro objetivo que se pretende atingir consiste em obter revestimentos que concedam aos polímeros um aspeto cromado brilhante. Os substratos usados foram cedidos pela empresa KLC – Indústria de Transformação de Matérias Plásticas, Lda, e tratam-se de dois policarbonatos, com e sem base coat. De modo a se tentarem obter revestimentos com boa adesão e com um aspeto brilhante metálico, primeiramente, realizou-se um estudo para selecionar um tratamento de Plasma Etching, que precedia a deposição da camada de crómio, tendo sido variados os seguintes parâmetros: pressão, tempo, polarização do substrato (com e sem a sua aplicação) e potência. Seguidamente, após a seleção do Plasma Etching, procedeu-se à etapa da otimização da espessura do revestimento de crómio com objetivo de atingir a maior espessura possível sem o revestimento fissurar e perder o brilho ou mudar de cor.Após as deposições em que se realizaram diferentes tratamentos de Plasma Etching, as amostras foram sujeitas a diversas caracterizações, como a contabilização do número de pinholes, a medição da refletividade e a observação da superfície ao microscópio para ver se esta se encontrava fissurada ou não. Concluiu-se que o tratamento de “Plasma Etching” que apresentava a melhor conjunção destes resultados para ambos os substratos, isto é, que possuía um número reduzido de pinholes, baixa percentagem de refletividade e a superfície sem fissuração foi obtido com os seguintes parâmetros: -300 V, 150s, 1 Pa e 400 W. Importa, ainda, referir que durante o estudo dos tratamentos de “Plasma Etching” a camada de crómio era depositada sempre nas mesmas condições (com uma taxa de deposição de 0,74 nm/s a 1200 W) e possuía uma espessura de 400 nm Na etapa seguinte, correspondente à otimização da espessura dos revestimentos, as condições de deposição do crómio foram mantidas e o máximo de espessura atingida sem estes fissurarem corresponde a 1400 nm. De um modo geral, conforme se aumentava a espessura dos revestimentos verificou-se, um aumento da temperatura durante a deposição, da refletividade do revestimento, da granulometria e da rugosidade dos revestimentos associada ao crescimento colunar do filme. Por outro lado, observou-se uma diminuição do número de pinholes, das tensões de compressão e da dureza. Por fim, realizou-se o teste de fita (Tape-test) para estudar a adesão dos revestimentos, confirmando-se que estes apresentavam excelente adesão para qualquer uma das espessuras variadas.

This study focuses on the application of metallic coatings, more specifically of chromium, on polymers for the automotive industry. These coatings were obtained by the electrolytic chrome plating process, which provided protection against wear and corrosion and gave the parts a chrome appearance, thus also giving them a decorative function. However, the production of coatings by this process resulted in the release of hexavalent chromium ions. Contact with this chemical has proven to be an environmental and health hazard, causing cancers. That said, in September 2017, the EU REACH regulation banned the use of hexavalent chromium in coatings in the EU. Sputtering was the alternative used in this work since it is a more environmentally friendly coating production technique that allows the use of various materials.Over time, the amount of polymers used in automotive components, including those used for decorative purposes, has been increasing due to the fact that they are a lightweight material with low production cost. Therefore, the main objectives are to obtain the deposition of metallic coatings by sputtering with good adhesion to polymeric substrates, without the presence of pinholes, with the highest possible thickness, in order to have some mechanical strength. Another objective is to obtain coatings that give polymers a bright chrome appearance.The substrates used were provided by the company KLC - Indústria de Transformação de Matérias Plásticas, Lda, and were two polycarbonates, with and without base coat. In order to try to obtain coatings with good adhesion and with a metallic glossy appearance, firstly, a study was carried out to select a Plasma Etching treatment, which preceded the deposition of the chromium layer, and the following parameters were varied: pressure, time, substrate polarization (with and without its application) and power. Then, after the selection of the Plasma Etching, the optimization of the thickness of the chromium coating was accomplished to achieve the highest possible thickness without the coating cracking and losing brightness or changing color.After the depositions in which different Plasma Etching treatments were performed, the samples were subjected to various characterizations such as counting the number of pinholes, measuring reflectivity, and looking at the surface under a microscope to see if it was cracked or not. It was concluded that the treatment that had the best conjunction of these results for both substrates, i.e., had a reduced number of pinholes, low percentage of reflectivity and no surface cracking belonged to the following parameters: -300 V, 150s, 1 Pa and 400 W. In the next step, corresponding to the optimization of the thickness of the coatings, the maximum thickness achieved without them cracking corresponds to 1400 nm. In general, as the thickness of the coatings increased, there was, as expected, an increase in temperature, reflectivity, particle size and roughness of the coatings, and in morphology a columnar growth of the film. On the other hand, a decrease in the number of pinholes, compressive stresses and hardness was observed. Finally, the pressure sensitive tape test was carried out to study the adhesion of the coatings, confirming that they presented excellent adhesion for any of the varied thicknesses as intended.