Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/34351
Type: Tese
Title: Análise da influência da energia de superfície no comportamento tribológico de revestimentos (AlCrN e TiAlN) em deslizamento contra aço AISI 4340
Other Titles: Analysis of the influence of surface energy on the tribological behavior of coatings (AlCrN and TiAlN) in sliding against AISI 4340 steel
Authors: Poliana Santos Souza
First Advisor: Marcelo Araújo Câmara
First Referee: Geraldo Lúcio de Faria
Second Referee: Pedro Paiva Brito
Third Referee: Witor Wolf
metadata.dc.contributor.referee4: Frederico de Castro Magalhães
Abstract: O desempenho das ferramentas de corte tradicionais é afetado drasticamente pela presença de revestimentos duros, que promovem uma vida mais longa da ferramenta, maior produtividade e qualidade superior aos componentes usinados. No entanto, as propriedades convencionais (como dureza, resistência à fratura, módulo de elasticidade, etc.) usadas para selecionar o material mais apropriado à ferramenta em sua aplicação, não são capazes de prever completamente seu comportamento em operação. A energia de superfície (γ) dos sólidos é uma propriedade de superfície do material que pode afetar as interações de contato no atrito, como adsorção, molhabilidade e adesão. No entanto, uma das razões para a γ ser frequentemente negligenciada em estudos tribológicos e modelos de projeto de engenharia é a falta de entendimento sobre sua correlação com as outras propriedades, principalmente em sistemas sem lubrificante. Portanto, este trabalho investigou a aplicabilidade da energia de superfície como uma propriedade que pode ser associada ao desempenho tribológico de materiais revestidos com AlCrN e TiAlN. Os revestimentos de AlCrN e TiAlN foram depositados no aço AISI M2, por deposição física a vapor (PVD), pelo processo magnetron sputtering. Os revestimentos foram caracterizados, em detalhes, por espessura e topografia (MEV); composição elementar (EDS); estrutura (DRX); dureza, módulo de elasticidade e rugosidade (AFM); molhabilidade e energia de superfície (goniômetro) e adesão ao substrato (Scratch test e Indentador Rockwell). Para a avaliação tribológica foram realizados ensaios de deslizamento do tipo Pino-sobre-disco (tribômetro) contra o aço AISI 4340. O revestimento AlCrN apresentou menor coeficiente de atrito que o revestimento TiAlN sob condições de deslizamento distintas (leves e severas) e seu contato em deslizamento com o aço AISI 4340 provocou uma menor taxa de desgaste. A análise visual do desgaste no par TiAlN vs. AISI 4340 indicou maior influência da adesão no contato (material transferido). As propriedades e características avaliadas dos revestimentos não demonstraram diferenças significativas, que justificassem o comportamento tribológico. No entanto, a comparação entre a interação das componentes polar e dispersiva da energia de superfície (Polar-Polar; Dispersiva-Dispersiva e Dispersiva-Polar) e o comportamento do desgaste indicou que a maior proporção de interação do tipo Dispersiva-Dispersiva, entre os pares de materiais, pode ter favorecido a ocorrência do desgaste adesivo. Sendo, portanto, a energia de superfície uma propriedade com potencial para contribuir na avaliação e seleção de materiais em aplicações tribológicas.
Abstract: The performance of metal cutting tools is drastically affected by the presence of hard coatings, which promote longer tool lives, higher productivity and superior quality to the machined components. Nevertheless, the conventional properties (such as hardness, fracture toughness, modulus of elasticity, etc.) used to select the most appropriate tool material for a given operation are not capable to fully predict the behavior of the tool during the operation, therefore, this work investigates the applicability of the surface energy as a property which can be associated with the performance of AlCrN and TiAlN coated materials. Surface energy (γ) of solids is a characteristic factor which affects the contact interactions in sliding, i.e. adsorption, wetting and adhesion. However, one of the reasons for γ to be often neglected in tribological studies and engineering design models is the lack of understanding about the correlation between them, mainly for typical engineering materials in friction without lubricant. In this study, AlCrN and TiAlN coatings were deposited on AISI M2 by physical vapor deposition (PVD) by magnetron sputtering process. Coatings were characterized in detail by thickness and topography (SEM); elemental composition (EDS); structure (XDR); hardness, modulus of elasticity and roughness (AFM); wettability and surface energy (goniometer); and adhesion to the substrate (Scratch test and Rockwell test). For the tribological evaluation were performed sliding tests of the type Pin-on-disk (tribometer) against AISI 4340 steel. The AlCrN coating showed a lower friction coefficient than the TiAlN coating under different sliding conditions (light and severe) and its sliding contact with AISI 4340 steel caused a lower wear rate. The wear analysis in the TiAlN vs. AISI 4340 pair showed a marked influence of adhesion in contact (transferred material). The evaluated properties and characteristics of the coatings did not show significant differences that would justify the tribological behavior. However, the comparison between surface energy interaction (Polar-Polar; Dispersive-Dispersive and Dispersive-Polar) and wear indicated that the larger proportion of Dispersive-Dispersive interaction may have favored adhesive wear. The surface energy can contribute to evaluating and selecting materials for tribological applications.
Subject: Engenharia mecânica
Desgaste mecânico
Energia de superfície
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/34351
Issue Date: 17-Apr-2020
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