Revestimentos auto-lubrificantes do sistema W-S dopados com N/C

Abstract

Neste trabalho foi estudado o efeito da dopagem dos filmes W-S com azoto ou carbono, com o objectivo de melhorar as propriedades mecânicas e o seu comportamento tribológico. Os filmes foram depositados por pulverização catódica, r.f. magnetrão, modo reactivo, em atmosferas de Ar + N2 e Ar + CH4. Os filmes de W-S exibiam uma morfologia colunar com porosidade elevada e uma estrutura hexagonal do tipo 2H-WS2. A dureza e a carga crítica adesiva apresentavam valores reduzidos, respectivamente, da ordem de 0,6 GPa e 5 N. No sentido de melhorar a adesão, foi optimizada a deposição de uma intercamada de titânio entre os filmes e o substrato. O aumento da concentração de N/C promoveu a eliminação progressiva da porosidade e o desaparecimento das colunas, com a consequente densificação dos filmes com uma morfologia sem detalhes. Os filmes dopados com os teores mais elevados de azoto apresentavam estruturas amorfas, enquanto que o aumento do teor em carbono deu origem à diminuição do tamanho de grão, com a formação de estruturas nanométricas. Esta evolução estrutural foi acompanhada pelo aparecimento de novas fases, tais como carbonetos de tungsténio e grafite. O efeito da dopagem nas propriedades mecânicas dos filmes W-S-N/C foi excelente, com aumentos de dureza em mais de uma ordem de grandeza e o efeito sinergético da presença da intercamada de titânio com o teor crescente de dopante nos filmes conduziu a valores de carga crítica adesiva superiores a 50 N. Os filmes não dopados e com teores reduzidos de dopante apresentam coeficientes de desgaste muito elevados, comportamento que foi atribuído às extensas falhas adesivas. Os filmes de maior teor de dopante, por apresentarem melhor adesão e maior dureza, não mostraram descolamentos e exibiram capacidade para suportar cargas de contacto elevadas. À atmosfera ambiente, os filmes dopados com carbono manifestaram o melhor comportamento tribológico, tendo sido alcançados no filme W18S18C64 coeficientes de atrito e desgaste de 0,05 e 1,2x10-16 m3N-1m-1, respectivamente. Nesta atmosfera, os filmes dopados com azoto não manifestaram carácter auto-lubrificante. Nos ensaios realizados em azoto seco, estes filmes exibem um excelente comportamento tribológico, tendo sido atingidos coeficientes de atrito de 0,03. Em conclusão, a dopagem de filmes auto-lubrificantes, do tipo WS2, com N ou C revela ser um método promissor para melhor a sua capacidade de resistir a cargas de contacto elevadas, sem prejuízo de manter os coeficientes de atrito em valores muito baixos.