Modificação da superfície do aço para melhorias na aderência de filmes de DLC / Steel surface modification for DLC films adhesion improvements

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

14/03/2011

RESUMO

Em vista das excelentes propriedades físico-químicas dos filmes de carbono tipo-diamante (Diamond like Carbon-\textit{DLC}), atualmente, existe uma corrida científica e tecnológica para o desenvolvimento deste revestimento sobre superfícies metálicas em geral e, em especial, aquelas à base de ferro. A partir do momento em que se alcançarem melhorias de adesão entre os aços filmes e \textit{DLC}, estes se tornarão um material para as mais variadas aplicações nas indústrias automobilística, aeronáutica, aeroespacial, biomédica etc. Porém, devido à excessiva tensão compressiva residual que normalmente acompanha o crescimento de filmes de \textit{DLC} e, na grande diferença existente entre o coeficiente de expansão térmica do \textit{DLC} e dos aços, é difícil depositar diretamente filmes de \textit{DLC} com elevada aderência. Neste trabalho apresentamos um estudo sobre a deposição de filmes de \textit{DLC} sobre os aços SAE 6150 e AISI 304 com o intuito de melhorar a adesão entre filme e substrato. Para a preparação das amostras foi utilizada a técnica de deposição química a vapor assistida por plasma DC-pulsado. Em um primeiro momento, foram realizados processos de modificação de superfície do aço SAE 6150 através de diferentes estágios de termodifusão de carbono e nitrogênio anteriores a deposição de filmes. Dentre os dados analisados, as difrações de raios-X indicaram a formação de fases de carbetos e nitretos na superfície no aço SAE 6150 modificado. A espectroscopia de espalhamento Raman mostrou que a modificação de superfície proporcionou o surgimento de ligações de carbono com características semelhantes às encontradas no \textit{DLC}, e provavelmente isto auxiliou na obtenção de adesão entre filme e substrato. A dureza dos filmes corresponde a aproximadamente 19 GPa. A adesão foi avaliada através de teste de riscamento que, devido ao processo de alteração da superfície, demonstrou ser superior a revestimentos de \textit{DLC} depositados por técnicas semelhantes. Análises via EDX demonstraram uma alta concentração de carbono nas regiões de interface. Medidas de XPS indicaram a formação de compostos de Fe$_{2,3,4}$N, Fe$_{x}$C$_{y}$N$_{z}$ e Fe3C nas primeiras camadas atômicas da superfície do aço SAE 6150. Desta maneira, conseguiu-se identificar que a carbonitretação modificou a superfície do aço SAE 6150 gerando um gradiente de composição atômica e uma significativa variação no perfil de dureza, onde se pode inferir que existe uma região intermediária com baixa energia interfacial capaz de reduzir o descasamento de expansão térmica na superfície, proporcionando assim, um filme aderente ao substrato. Um segundo estudo consistiu na comparação entre as aderências de filmes de \textit{DLC} depositados sobre os aços SAE 6150 e AISI 304. Foi verificada a influência da variação de temperatura de carbonitretação dos aços mencionados dentro do intervalo de 430 a 550°C. Verificou-se que o aço SAE 6150 tratado a temperatura de 460°C apresentou melhor aderência de filmes, verificada através da maior distância de delaminação do revestimento, enquanto que para o aço AISI 304 o mesmo efeito ocorreu para a amostra tratada a 430°C. De maneira geral, os resultados das técnicas de caracterização de superfície conciliados com os tribológicos foram capazes de indicar a formação de uma região de transição com propriedades mecânicas intermediárias entre o filme e substrato, o que resultou na obtenção de boas aderências dos filmes de \textit{DLC} sobre os aços estudados.

ASSUNTO(S)

carbono tipo diamante carbonitretação difusão dureza teste de riscamento adesão diamond-like carbon carbonitriding diffusion hardness scratch testing adhesion

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