Caracterização do comportamento tribológico de revestimentos autolubrificantes depositados por PVD

Abstract

O objectivo deste trabalho é o estudo do comportamento tribológico de revestimentos DLC depositados com diferentes fluxos de metano, (CH4). Diferentes fluxos de metano na câmara de deposição alteram a composição química dos revestimentos e, por sua vez, as propriedades mecânicas também vão ser diferentes. Numa fase inicial foram estudadas as influências da composição química, das condições ambientais e da aplicação de elementos dopantes nas propriedades tribológicas. As propriedades tribológicas estudadas são o coeficiente de atrito, a taxa de desgaste e a adesão do revestimento ao substrato. Assim sendo, a escolha das técnicas de caracterização a utilizar recaiu sobre o scratch test e o deslizamento alternativo, sendo as técnicas mais comuns para determinar as propriedades estudadas. Os resultados experimentais foram avaliados aplicando modelos de tratamento de dados, previamente seleccionados, como o modelo de atrito de Amontons-Coulomb e o modelo linear de Archard-Czichos, para calcular a taxa específica de desgaste. Após tratamento dos dados conclui-se que, no que à carga crítica de adesão diz respeito, fluxos intermédios de 20, 25 e 30 SCCM de CH4 apresentam os melhores resultados. Quanto à adesão do revestimento ao substrato, os melhores resultados foram obtidos para revestimentos depositados em substrato de silício. O coeficiente de atrito obteve melhores resultados no substrato de silício e para fluxos de CH4 de 30, 40 e 50 SCCM. A taxa específica de desgaste obteve os resultados esperados, sendo menor nos revestimentos mais duros, 10 e 15 SCCM de CH4, e foi aumentando gradualmente à medida que a percentagem de hidrogénio aumentou na composição química dos revestimentos.

Abstract The main objective of the present work is the study of the tribological behaviour of DLC coatings deposited with different flows of methane, (CH4). Different flows of methane in the deposition chamber change the chemical composition of the coatings and the mechanical properties. In a first step, were studied the influence of chemical composition, environmental and thermal effects and doping elements on the tribological performance of DLC coatings. The tribological properties studied are the coefficient of friction, wear rate and the adhesion properties. The characterization techniques used were the scratch test and the linear reciprocating ball-on-flat sliding wear test, the most common techniques used for this type of tests. The experimental results were estimated by applying data processing models, previously selected, as the linear model of Archard-Czichos for wear and the Amontons-Coulomb model for friction. The principal conclusions after data treatment show the coatings with medium flow of methane, 20, 25 and 30 SCCM have the best results for the coefficient of friction and adhesion properties. In the case of wear rate, the best results are obtained with low flow of methane, 10 and 15 SCCM.