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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Caracterização tribológica do revestimento ta-C/DLC (carbono tipo diamante/ amorfo tetraédrico não hidrogenado) sobre aço ABNT 52100 em contato e movimento relativo com esfera de Si3N4
Authors: David Jonhson Barcelos
First Advisor: Marcelo Araujo Camara
First Referee: Geralda Cristina Durães de Godoy
Second Referee: Roberto Braga Figueiredo
Third Referee: Alexandre Mendes Abrao
Abstract: Os revestimentos DLC (carbono tipo diamante) são filmes finos formados por carbono de ligações sp2 e sp3 em diferentes proporções e têm por características principais seu baixo coeficiente de atrito, alta dureza, inércia química, compatibilidade biológica, transparência óptica e também isolamento elétrico. O filme DLC amorfo tetraédrico não hidrogenado (ta-C) é composto de grandes proporções de ligações sp3 que melhoram estas propriedades. Este trabalho propõe um aprofundamento no estudo do coeficiente de atrito e do desgaste mecânico do revestimento de carbono amorfo tetraédrico (ta-C) DLC em contato com material cerâmico (Si3N4), a fim de avaliar o seu comportamento e compará-lo com o substrato sem revestimento (aço ABNT 52100) em contato com o mesmo material. Para reduzir o efeito negativo de contaminantes em óleos lubrificantes, ou mesmo, reduzir o atrito em situações de difícil lubrificação, o revestimento DLC pode ser aplicado nas superfícies de materiais a seco, com redução do coeficiente de atrito, alta resistência ao desgaste por deslizamento e aumento de durabilidade dos componentes. Estudou-se o efeito do revestimento superficial ta-C/DLC na resistência ao atrito e desgaste a partir de ensaios realizados em um tribômetro pino sobre disco em ambiente seco e temperatura ambiente. O revestimento superficial foi produzido com filmes de ta-C/DLC depositado pelo método à base PVD (Deposição física a vapor) evaporação por arco catódico com ~ 1,5 m de espessura sobre substrato de aço ABNT 52100. O comportamento do atrito e do desgaste do filme de DLC, e também do aço ABNT 52100 sem o revestimento de DLC foram avaliados contra esferas de nitreto de silício (Si3N4) com pressão de contato, e movimento relativo. Realizou-se a caracterização do filme de DLC antes do ensaio tribológico a partir da MEV, EDS, ensaio de riscamento, perfilometria, nanoindentação e espectroscopia Raman. Em seguida, as superfícies desgastadas do corpo e contracorpo foram analisadas por meio da perfilometria e MEV. Os resultados de atrito e desgaste para o filme de ta-C/DLC à seco em contato com o nitreto de silício (Si3N4) foram muito significativos, com valores de atrito entre 0,03 e 0,05 para alta carga e baixa carga, respectivamente, indicando também, desgaste abrasivo brando. Já a superfície de aço AISI 52100 em contato com o nitreto de silício (Si3N4) obteve valores de coeficiente de atrito maiores para as mesmas condições (entre 0,65 e 0,825) e desgaste severo.
Abstract: DLC (Diamond-like Carbon) coatings are thin films formed by carbon of sp2 and sp3 bonds in different proportions and have as main characteristics their low coefficient of friction, high hardness, chemical inertia, biological compatibility, optical transparency and electrical insulation. The tetrahedral DLC hydrogen-free (ta-C) is composed of big proportions of sp3 bonds that improve its properties. This work proposes a deepening in the study of the coefficient of friction and mechanical wear of the tetrahedral amorphous carbon hydrogenfree (ta-C) DLC in contact with ceramic material (Si3N4) in order to evaluate its behavior, and compare it with the uncoated substrate (ABNT 52100 steel) in contact with the same material. To reduce the negative effect of contaminants on lubricating oils, or even reduce friction in situations of difficult lubrication, DLC coating can be applied to surfaces of dry materials with reduction of the coefficient of friction, high creep and increase wear resistance durability of the components. The effect of the ta-C/DLC surface coating on the resistance to friction and wear was studied from tests carried out on a pin-on-disk tribometer in a dry environment and at room temperature. The ta-C/DLC obtainment was made by methods based on PVD (Physical Vapor Deposition) cathodic arc evaporation with ~1.5 m thick on ABNT 52100 steel substrate. The behavior of the friction and wear of the DLC film, and also the ABNT 52100 steel were evaluated against silicon nitride beads with contact pressure, and relative movement. The characterization of the DLC film before the tribological assay was performed from SEM, EDS, scratch test, profilometry, nanoindentation and Raman spectroscopy. Then, the worn surfaces of the body and underbody were analyzed by means of profilometry and SEM. The friction and wear results for the dry film in contact with silicon nitride (Si3N4) were very significant, with friction values between 0.03 and 0.05 for high load and low load respectively, also indicating mild abrasive wear. However, the ABNT 52100 steel surface in contact with silicon nitride (Si3N4) obtained higher coefficient of friction values for the same conditions (between 0.65 and 0.825) and severe wear.
Subject: Revestimentos
Desgaste mecânico
Nitreto de silicio
Engenharia mecânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BCGHUS
Issue Date: 7-Feb-2019
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