Efeito do processo de limpeza na quantificação de danos gerados pelo desgaste por fretting em válvulas de descarga de compressores

Abstract

Este estudo avaliou o impacto do processo de limpeza na quantificação do desgaste por fretting em válvulas de descarga, que são componentes essenciais para a eficiência e confiabilidade de compressores de refrigeração. Para isso, foram realizadas medições bidimensionais (2D) e tridimensionais (3D) da topografia da superfície, aplicadas a amostras submetidas a testes acelerados que simularam condições reais de operação. As análises foram conduzidas por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e interferometria de luz branca, permitindo a caracterização da composição dos resíduos, a identificação dos mecanismos de desgaste e a avaliação da eficácia de uma metodologia de limpeza desenvolvida. Os resultados revelaram que os resíduos acumulados na interface mascaram informações cruciais sobre o dano real na superfície. O processo de limpeza, embora tenha apresentado impacto percentual moderado nos parâmetros medidos (10% na profundidade e 6% no volume), expôs danos qualitativos relevantes. A caracterização dos resíduos revelou a presença predominante de óxidos metálicos, indicando reações triboquímicas associadas ao desgaste. A análise das marcas de desgaste mostrou que as válvulas de descarga apresentaram desgaste dominado pela formação de sulcos e deformação plástica nas superfícies, enquanto as válvulas de reforço exibiram maior retenção de resíduos e formação de tribocamada, reforçando a influência dos mecanismos de terceiro corpo. Além disso, identificou-se uma correlação causal entre as medições de profundidade (2D) e volume (3D), indicando complementariedades que podem contribuir para a avaliação de componentes em linha. Este trabalho reforça a relevância de integrar métodos de preparação de superfície e diferentes métodos de análises, contribuindo tanto para o avanço de modelos de validação quanto para o desenvolvimento de estratégias eficazes de mitigação do desgaste em componentes críticos.

This study evaluated the impact of the cleaning process on the quantification of fretting wear on discharge valves, which are essential components for the efficiency and reliability of refrigeration compressors. To this end, two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) surface topography measurements were conducted on samples subjected to accelerated tests that simulated real operating conditions. The analyses were performed using scanning electron microscopy (SEM) and white light interferometry, allowing the composition of the debris to be characterised, the wear mechanisms to be identified and the effectiveness of a cleaning methodology developed to be assessed. The results revealed that the debris accumulated at the interface masks crucial information about the real damage to the surface. Although the cleaning process had a moderate percentage impact on the parameters measured (10 per cent on depth and 6 per cent on volume), it exposed significant qualitative damage. Characterisation of the debris revealed the predominant presence of metal oxides, indicating tribochemical reactions associated with wear. Analysis of the wear marks showed that the discharge valves showed wear dominated by stretching and ploughing mechanisms, evidenced by the formation of grooves and plastic deformations on the surfaces, while the reinforcement valves exhibited greater residue retention and tribolayer formation, reinforcing the influence of third-body mechanisms. In addition, a causal correlation was identified between depth (2D) and volume (3D) measurements, indicating complementarities that can contribute to evaluate in-line components. This work reinforces the importance of integrating surface preparation methods and different analysis methods, contributing both to the advancement of validation models and to the development of effective wear mitigation strategies for critical components.