Efeito da pressão de deposição nas propriedades dos revestimentos compostos de carbono produzidos por DOMS para a indústria automóvel

Abstract

Atualmente, a necessidade crescente de diminuir emissões provenientes dos motores de combustão interna (MCI) estimula a redução das duas dimensões e ao desenvolvimento de tecnologias, tais como o turbocompressor. No entanto, isso provoca um aumento das temperaturas de serviço e das densidades de carga no interior destes motores em serviço. Como tal, os revestimentos de componentes dos MCI de gerações futuras terão de manter o seu desempenho nessas condições.Estudos recentes revelam que certos tipos de filmes Diamond-like Carbon (DLC) demonstram boas propriedades mecânicas e baixo coeficiente de atrito, com capacidade de preservá-las até cerca de temperaturas de 500ºC. Estas características potencializam a sua aplicação em revestimentos de componentes de MCI, tais como os segmentos (ou anéis) de pistão.Este trabalho surgiu como continuação de um estudo preliminar sobre a produção de DLC através da técnica High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) em modo Deep Oscillation Magnetron Sputtering (DOMS), tendo em conta a influência de diferentes parâmetros de deposição. Esta técnica baseia-se no processo físico de deposição em vapor, nomeadamente na pulverização catódica com o substrato polarizado. Os filmes DLC são produzidos por DOMS neste trabalho a pressões de deposição diferentes com o objetivo de estudar o efeito dessa variação nas propriedades estruturais, mecânicas e tribológicas de cada filme. Diversas técnicas de caracterização foram aplicadas de forma a obter o valor dessas propriedades através da análise desses dados, de forma a definir em que condições se obtêm filmes DLC com maior potencial para a aplicação em questão.

Nowadays, the growing demand to reduce emissions from internal combustion engines (ICE) stimulates the reduction of its dimensions and the development of technologies such as turbocharger. However, this causes an increase in operating temperatures and load densities within these running engines. Thus, future ICE component coatings must maintain their performance under these conditions. Recent studies reveal that some kinds of Diamond-like Carbon (DLC) films show good mechanical properties and low coefficient of friction, with the ability to preserve them up to around 500ºC. These features increase the possibility of their application in component coatings such as piston rings.This work was developed as an extension of a preliminary study on the production of DLC using the High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) technique in Deep Oscillation Magnetron Sputtering (DOMS) mode, considering the influence of different deposition parameters. This technique is based on the physical vapor deposition process, particularly on the sputtering with the polarized substrate. DLC films are produced by DOMS in this work at different deposition pressures in order to study the effect of this variation on the structural, mechanical and tribological properties of each film. Several characterization techniques were applied in order to obtain the value of those properties by analyzing its data, in order to define under which conditions are obtained DLC films with the greatest potential for the mentioned application.