Filmes de diamond like carbon (DLC) apresentam uma combinação única de propriedades, como alta resistência ao desgaste e ultra-baixo coeficiente de atrito. Porém, sua aplicação de forma mais difundida para melhorar a eficiência energética na indústria automobilística ainda é negligenciada devido à baixa adesão desse material em aço e também porque o mercado ainda não aceita o patamar atual de preço das tecnologias para solucionar esse problema. Adesão satisfatória do DLC em aço pode ser alcançada por meio de intercamadas nanométricas contendo silício, que são particularmente benéficas para a diminuição do alto stress compressivo que contribui para a delaminação do filme no substrato. A intercamada viabiliza a adesão do DLC em aço devido à formação de duas interfaces com ligações químicas diferentes e complementares. Intercamadas de Si foram depositadas em diferentes temperaturas, de 50 °C a 500 °C a partir de uma mistura hexametildisiloxano (HMDSO)/Ar e o filme de DLC foi depositado a 80 °C a partir de C2H2 por uma técnica DC-PECVD de baixo custo assistida por confinamento eletrostático. As análises da microestrutura e o mapeamento químico foram realizados por MEV e EDS, respectivemante. O perfil químico em função da profundidade realizado por GD-OES. Dureza e cargas críticas foram determinadas por ensaios de nanoindentação e nanoscratch. Resultados mostram melhor adesão à medida que se aumenta a temperatura de deposição da intercamada de SiCx:H. Com o aumento da temperatura ocorre a remoção de H e O, tornando a intercamada cada vez mais inomogênea, com C concentrado na interface externa, a-C:H/SiCx:H e Si na interface interna, SiCx:H/Aço. Essa reestruturação permite a formação de maior quantidade de ligações C-C, mais fortes do que Si-C, na interface externa, a-C:H/SiCx:H. No interior da intercamada, a remoção de H e O permite que ocorra difusão de C para dentro da intercamada durante a deposição do filme de a-C:H. Consequentemente se formam mais ligações Si-C, o que reduz o stress compressivo da intercamada, beneficiando a adesão. Finalmente, um modelo atomístico é proposto para explicar os mecanismos de ligação e descolamento do DLC. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-08-09T18:04:20Z
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Previous issue date: 2016-08-09 / Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies / Diamond-like carbon thin films (DLC) show a unique combination of properties such as high wear resistance and ultra-low friction. However, a widespread use regarding energy efficiency issues in the automobile industry is neglected due to the poor adhesion of DLC on steel and/or expensive technologies. DLC adhesion on steel can be achieved by nanometric bonding interlayers containing silicon, which are particularly beneficial to mitigate the high compressive stress and the thin film mismatching, promoting stronger chemical bonds between the interfaces. The Si interlayers were deposited at different temperatures from 50 °C to 500 °C from a hexamethyldisiloxane (HMDSO)/Ar mixture and the DLC was deposited at 80 °C by a low-cost pulsed DC-PECVD technique assisted by electrostatic confinement. The microstructure and chemical mapping was analyzed by SEM and EDS. The chemical depth profiling was performed by GD-OES. Hardness and critical loads were analyzed by nanoindentation and nanoscratch tests. Results show better adhesion as substrate temperature is raised during the SiCx:H interlayer deposition process. As the deposition temperature is raised, H and O are removed from the structure, making the interlayer more inhomogeneous, with C concentrated on the outermost interface, a- C:H/SiCx:H and Si on the innermost interface, SiCx:H/Steel. This restructuring allows the formation of a higher quantity of C-C bonds at the outermost interface, which are stronger than Si-C bonds. Also, the removal of H and O allows C atoms to diffuse into the interlayer during the a-C:H coating deposition process. Consequently, more Si-C bond are formed on the bulk of the interlayer, reducing compressive stress and, thus, improving the adhesion of the a-C:H film. Finally, an atomistic model is proposed in order to explain the DLC bonding and debonding mechanisms.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:vkali40.ucs.br:11338/1262 |
| Date | 25 May 2016 |
| Creators | Petry, Eigor Renato |
| Contributors | Camargo Junior, Sérgio Alvaro de Souza, Aguzzoli, Cesar, Michels, Alexandre Fassini, Figueroa, Carlos Alejandro |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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