Otimização da aderência de filmes de DLC crescidos sobre aços de aplicação industrial

Resumo

A intensa necessidade de se criar desenvolvimento tecnológico e diferenciação competitiva nos mais diversos mercados promove uma incessante busca por materiais de alto desempenho, que promovam a melhoria dos sistemas, a redução de custos globais, e o aumento da vida útil de componentes e equipamentos. Filmes de carbono tipo diamante (DLC) têm despertado grande interesse industrial e científico devido às suas diferenciadas propriedades mecânicas e tribológicas, tais como baixo coeficiente de atrito, excelente resistência ao desgaste, elevada dureza, entre outras que lhe conferem uma vasta gama de aplicações, como alta resistência à corrosão e biocompatibilidade. No entanto, para uma aplicação efetiva deste revestimento, é necessário que uma elevada adesão entre filme e substrato seja garantida. Devido à excessiva tensão compressiva residual que normalmente acompanha o crescimento dos filmes de DLC e à grande diferença existente entre o coeficiente de expansão térmica deste revestimento e dos aços em geral, se torna difícil depositar filmes de DLC diretamente sobre o substrato com elevada aderência. Este projeto tem por objetivo obter filmes de DLC sobre aços com aderência elevada, por meio de um abrangente estudo de formação de interfaces. Deseja-se avaliar os mecanismos físico-químicos envolvidos no processo de deposição, estudar a densificação do plasma obtido em catodo oco por meio de modificações no sistema de deposição PECVD, variar os parâmetros de crescimento, como pressão, energia de bombardeio e tempo, visando a obtenção das melhores condições de deposição dos filmes. Além disso, deseja-se analisar os tipos de ligações químicas formadas entre substrato e filme de DLC, levando em consideração a formação de diferentes interfaces, como, por exemplo, de silício, sobre aços com diferentes matrizes e composições químicas. Os filmes de DLC serão depositados sobre aços de elevada aplicação industrial, mas de diferentes estruturas, composições e propriedades, como o aço AISI 1020, ferrítico e de matriz dúctil, e o aço AISI M2, de uso corrente no setor metal-mecânico para fabricação de ferramentas de desbaste e acabamento. A deposição de filmes de DLC nestes materiais visa ampliar e aprimorar a aplicação destes aços na indústria, por meio do suprimento de deficiências apresentadas, como baixa resistência à corrosão, por exemplo, aliado às propriedades de superfícies obtidas com o recobrimento. A deposição dos filmes será realizada utilizando-se a técnica PECVD com fonte DC pulsada. Os filmes de DLC serão analisados por meio de caracterização morfológica, estrutural, eletroquímica, mecânica, tribológica. A caracterização morfológica será realizada por meio de microscopia eletrônica de varredura, e perfilometria óptica. Sabendo-se da importância da compreensão dos aspectos físico-químicos relacionados, principalmente, à formação de interface, os filmes terão sua estrutura avaliada através de espectroscopia de espalhamento Raman, XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) e SIMS (Secondary ion mass spectrometry). A caracterização eletroquímica será realizada para se investigar a resistência à corrosão dos filmes de DLC. A aderência do filme ao substrato será analisada por meio de teste de riscamento (scratch test), e por indentação Rockwell. Outros testes tribológicos serão realizados para avaliar propriedades mecânico-tribológicas como resistência ao desgaste, dureza, e coeficiente de atrito.