Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-17T03:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 / Dentre os diversos tipos de lubrificantes sólidos, um grupo de materiais a base de carbono conhecidos como carbono tipo diamante, ou Diamond-like Carbon (DLC), tem se destacado nas últimas décadas por apresentar elevada resistência ao desgaste, além das propriedades autolu-brificantes. Em geral, estes filmes são aplicados sobre substratos de ele-vado suporte mecânico para garantir a integridade dos filmes durante os contatos tribológicos. Neste contexto, o Laboratório de Materiais da Uni-versidade Federal de Santa Catarina (LabMat/UFSC) desenvolveu o pro-cesso CH?® que permite a deposição de filmes de DLC sobre substratos de baixo suporte mecânico, devido a nitretação prévia da superfície. No presente trabalho avaliou-se a influência da topografia de substratos de aço SAE 1020 nitretados e revestidos com DLC pelo processo CH?® no desempenho tribológico. Para tanto, amostras foram preparadas em cinco condições de acabamento superficial, obtendo-se superfícies com rugosi-dade média quadrática entre 0,01 e 0,25 µm. As superfícies foram anali-sadas por microscopia eletrônica de varredura e interferometria óptica de luz branca, antes e após processo de nitretação e deposição de DLC. Ape-sar da diferença topográfica inicial, após o tratamento a plasma as condi-ções avaliadas puderam ser agrupadas em duas famílias com característi-cas topográficas semelhantes, nomeadas Rugosas e Lisas. A espessura dos filmes formados foi medida por metalografia, e não apresentou alte-ração com a variação da topografia do substrato. Da mesma maneira a dureza e módulo elástico, medidos via nano indentação, não apresentaram variação nas condições estudas. Além disto, a configuração das ligações químicas foi avaliada por espectroscopia Raman e os filmes formados se mostraram homogêneos. A adesividade das amostras foi avaliada por in-dentação Rockwell-C, entretanto os resultados foram inconclusivos. A avaliação do desempenho tribológico foi realizada através de testes de durabilidade com configuração de esfera sobre plano ao ar. Assim como observado na análise topográfica, as condições avaliadas também pude-ram ser classificadas em Rugosas e Lisas de acordo com os coeficientes de atrito e durabilidade observados. Coeficientes de atrito da ordem de 0,05 foram observados nas superfícies Lisas, cerca de 50% menor queviiiaqueles observados nas amostras Rugosas. Através de alterações no es-pectro Raman obtido nas pistas de desgaste foi possível evidenciar a for-mação de tribocamadas nas superfícies das superfícies Lisas, juntamente com as imagens de MEV e análises químicas por EDS, justificam a redu-ção no coeficiente de atrito. Em síntese, a topografia do substrato influên-cia significativamente na formação de tribocamadas e, consequente-mente, no desempenho tribológico de filmes de DLC.<br> / Abstract : Among the various types of solid lubricants, one group of carbon based materials known as Diamond-like Carbon (DLC), have been under the spotlight in the last decades due to have high wear resistance in addi-tion to the self-lubricating properties. In general, these films are applied over substrate that hold high mechanical support and therefore to assure the integrity of the DLC films during tribological contacts. Within this context, the Materials Laboratory (LabMat) from UFSC has developed the CH?® process, which allows the deposition of DLC films over soft metallic substrates, once the surfaces are nitrided prior to the deposition. The present study evaluated the influence of the topography of SAE 1020 steel substrates, which were nitrided and coated with DLC through the CH?® process, on the tribological performance of the components. To do so, samples were prepared in five surface finishing conditions, yielding with root mean square roughnesses (Sq) ranging from 0.01 to 0.25 µm. The surfaces were assessed through Scanning Electron Microscopy and White Light Optical iInterferometry before and after the nitriding and DLC deposition processes. Despite the initial topographical distinction between the conditions, the plasma surface treatment lead to two groups of samples with similar topographic features, named Rough and Smooth. The film thickness, which was measured by Optical Microscopy of metal-lographically prepared samples, is independent of surface topography. Likewise, no variation was observed in the hardness and the modulus. Furthermore, the configuration of the chemical bonds was evaluated through by Raman spectroscopy and the formed films were considered homogeneous. The adhesion of the samples was evaluated by Rockwell-C indentation however, the results were inconclusive. The tribological performance was assessed by durability tests on ball-to-plane tribotester in ambient air. As observed in the topographic analysis, the evaluated conditions were classified Rough and Smooth, according the measured friction coefficient and durability. Friction coefficients as low as 0.05 were observed for tribological system of the Smooth surfaces, about 50% lower than those measured on the Rough conditions. Due to changes inxthe Raman spectrum obtained from the wear scars, it was possible to iden-tify the formation tribofilms on the Smooth surfaces. In addition to the Raman analysis, SEM and EDS results supports the comprehension of the reduction of the friction coefficient measured on the Smooth samples. In summary, the substrate topography significantly influences tribofilms formation and tribological performance of DLC films.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/172339 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Soprano, Pedro Besen |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Mello, José Daniel Biasoli de, Binder, Cristiano |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 67 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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