Estudo do comportamento tribológico dos revestimentos do sistema W-S-C depositados por PVD em descarga DC não reativa

Abstract

O comportamento tribológico dos revestimentos de dicalcogenetos de metais de transição (DMT) é caracterizado por apresentar baixos coeficientes de atrito. No entanto, o seu comportamento é influenciado pelas condições de ensaio, em particular pela presença de humidade na atmosfera envolvente. A consequência mais notória deste efeito é o aumento significativo do coeficiente de atrito e da taxa de desgaste com o aumento da humidade. Deste modo, para que os DMT apresentem um melhor desempenho tribológico, os revestimentos foram dopados com um elemento, neste caso com carbono. O processo de deposição possibilita a obtenção revestimentos do sistema W-SC com teores crescentes de carbono. No entanto, uma das características destes revestimentos depositados por deposição física em fase vapor é a sua deficiência em enxofre (S) em relação ao composto estequiométrico de bissulfureto de tungsténio (WS2). Desta forma procedeu-se à realização de ensaios para saber se a razão S/W é ou não importante para o comportamento tribológico dos revestimentos. Para isso, foram obtidos dois conjuntos de revestimentos com teores crescentes de carbono, um com uma razão baixa de S/W com o valor aproximado de 1,0 e outro com uma razão um pouco mais elevada de S/W com o valor aproximado de 1,5. Os revestimentos foram caracterizados tribologicamente em ensaios de deslizamento unidirecional (pino-disco) em atmosfera controlada com diferentes teores de humidade. Após os ensaios de deslizamento unidirecional foi possível observar que os revestimentos com menor concentração de dopante com razão baixa de S/W apresentaram vários problemas durante o ensaio. Todavia o mesmo não aconteceu para teores mais elevados de carbono. Para além disso, existiram várias particularidades que afetaram os resultados tribológicos e que levantaram algumas questões, sendo que este assunto não esteja totalmente consolidado.

The transition metal dichalcogenides (TMD) coatings are known for having low friction coefficient, but their tribological behavior is influenced by the test condition, in particular is affected by the presence of humidity in the environment. The most notorious occurrence is the increase of the friction coefficient and the wear rate with the humidity increase. To improve the TMD tribological performance, coatings were doped with an alloying element, in this case carbon was used. The W-S-C coatings with increasing carbon contents were deposited. One of the characteristics of coatings deposited by physical vapor deposition (PVD) is the deficiency in sulfur (S) content in relation to the tungsten disulfide (WS2) stoichiometric compound. Tests have been done to know how the S/W ratio influence the coatings tribological behavior. Two sets of coatings were obtained with increasing carbon contents, with a low S/W ratio of 1.0 approximately and another with a with S/W ratio around 1.5. The coatings were tribologicaly tested with unidirectional sliding (pin-on-disk) in different humidity contents with a controlled environment. After the unidirectional sliding tests it was possible to perceive that the coatings with less carbon content and low S/W ratio had some problems during the tests, but with higher carbon contents the results were significantly better. Besides, there were several features that affected the tribological results and raised some questions, which showed that this topic isn’t fully consolidated.