Comportamento tribológico de revestimentos do tipo DLC-W depositados por DCMS e HiPIMS

Abstract

This Master's dissertation seeks to compare the properties of tungsten-doped DLC coatings (DLC-W) deposited with two different deposition sources: i) DCMS - direct current source, conventional source used in film making, and HIPIMS - high-energy source, recently introduced in the market.In this work three coatings were produced: i) DCMS deposited DLC-W which will serve as a reference to HiPIMS films, ii) HiPIMS deposited DLC-W and iii) HiPIMS deposited DLC-W using a CH4 reactive atmosphere for the introduction of hydrogen (H) into the coating. The coatings produced were characterized in terms of their chemical composition, morphology, crystalline structure, mechanical properties and tribological behavior using two characterization equipments: i) POD and ii) SRV. Concerning these tribological tests, they were performed at room temperature (RT), high temperature (HT), at 150ºC, and in a controlled environment (EC), under a nitrogen atmosphere. Using as a counter-body 100Cr6 steel balls (AISI 51200).From the obtained results it was verified that the morphology and the structure of the films did not have great variations from process to process. But the processes have a great influence on the mechanical properties of the films, with the DCMS process creating films with greater Young's modulus and hardness, but with less adhesive and cohesive capabilities. When the HiPIMS Ch4 process presented the worst hardness and modulus, but with the best adhesive and cohesive capacities. In the end, the coatings deposited by DCMS presented the best tribological behavior, having the lowest specific wear rate of all coatings. tested independently of service conditions, while showing friction coefficient values, and showing wear mechanisms identical to the others.

Nesta dissertação de Mestrado procura-se comparar as propriedades de revestimentos do tipo DLC dopados com tungsténio (DLC-W), depositados com duas fontes de deposição diferentes: i) DCMS – fonte de corrente contínua, fonte convencional usada no fabrico de filmes, e HIPIMS – fonte de altos impulsos de energia, recentemente introduzida no mercado. Neste trabalho foram produzidos três revestimentos: i) DLC-W depositado por DCMS que servirá como referência aos filmes produzidos por HiPIMS, ii) DLC-W depositado por HiPIMS e iii) DLC-W depositado por HiPIMS utilizando ainda uma atmosfera reativa de CH4 para introdução de hidrogénio (H) no revestimento. Os revestimentos produzidos foram caracterizados relativamente à sua composição química, morfologia, estrutura cristalina, propriedades mecânicas e comportamento tribológico usando dois equipamentos de caracterização: i) pino-disco e ii) ensaios alternativo. No que concerne estes testes tribológicos, eles foram realizados à temperatura ambiente (RT), a alta temperatura (HT), a 150ºC, e em ambiente controlado (CE), em atmosfera de azoto. Usando como contra-corpo bolas de aço 100Cr6 (AISI 51200).Dos resultados obtidos verificou-se que a morfologia e a estrutura dos filmes não teve grandes variações de processo para processo. Mas os processos têm grande influência nas propriedades mecânicas dos filmes, com o processo DCMS a criar filmes com maior dureza e modulo de Young, mas com menor capacidades adesivas e coesivas. Quando o processo de HiPIMS Ch4 foi aquele que apresentou pior dureza e módulo, mas com melhores capacidades adesivas e coesivas. Que no final os revestimentos depositados por DCMS foram aqueles que melhor comportamento tribológico apresentaram, tendo a menor taxa específica de desgaste de todos os revestimentos testados independentemente das condições de serviço, isto enquanto ostenta valores de coeficiente de atrito, e mostrando mecanismos de desgaste idênticos aos demais.