Production and tribological characterization of hard coatings for high performance applications

Abstract

Revestimentos duros tais como carbonetos/nitretos metálicos transicionais de apresentam grande interesse devido às suas propriedades inerentes dos elementos que os compõem. Por exemplo, carboneto de tungsténio possui propriedades como ponto de fusão alto, extrema dureza, inerência química, resistência à oxidação e boa condutividade elétrica, propriedades que estão enraizadas no progresso do estudo dos materiais e nas engenharias devido à sua necessidade e pela suas aplicações industriais, nomeadamente criação de revestimentos resistentes a desgaste e o seu uso em ferramentas de corte e perfuração. No entanto, estas propriedades, mecânicas e tribológicas, podem ser melhoradas com o aumento da quantidade de fases cerâmicas nanocristalina. Estes revestimentos podem ser produzidos por diversos processos de deposição. Entre as diversas escolhas, pulverização catódica assistida por magnetrão pareceu ser o candidato ideal para a deposição de revestimentos finos que conseguem atestar este objetivo, tendo características desejáveis como taxa de deposição alta, boa adesão, relativa simplicidade e aceitação global na indústria.Este trabalho consiste na deposição e estudo do filme fino de WCTiN obtido por um método de co-pulverização catódica para deposição composto por DCMS (Direct Current Magnetron Sputtering) e DOMS (Deep Oscillation Magnetron Sputtering), último como uma variação de HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering). Para análise e desenvolvimento deste revestimento duro será manipulado a polarização do substrato e a corrente de pico na fonte de HiPIMS, com o propósito de perceber a influencia que estes parâmetros têm nas propriedades mecânicas e tribológicas e tentar obter-se o revestimento com o melhor desempenho possível.

Hard coatings such as those of transitional metal carbides/nitrides present great interest due to inherent properties of the elements that compose them. Taking tungsten carbide as an example, such properties englobe high melting point, extreme hardness, chemical inertness, oxidation resistance and good electrical conductivity, traits that are deep rooted in the advancement of material study and engineering for their desirability and usability in industrial applications such as fabrication of wear resistant coatings as well as cutting and drilling tools. Yet, such mechanical and tribological properties can be further improved with increasing amount of nanocrystalline ceramic phases. These coatings are deposited via various deposition processes. From various possible choices, magnetron sputtering seemed as the ideal candidate for deposition of a thin film that can attest to this objective, with attractive characteristics such as high attainable deposition rates, good adhesion, relative simplicity, and wide acceptance by the industry. This work will consist of deposition and study of WCTiN thin film obtained by a co-sputtering method of deposition which is comprised of Direct Current Magnetron Sputtering (DCMS) and Deep Oscillations Magnetron Sputtering (DOMS), a variant of High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS). For analysis and development of this hard coating, substrate polarization and peak power of the HiPIMS source will be altered to understand its influence on the films mechanical and tribological properties and obtained the best performing coating.