Autor(es):
Pires, Filipe de Sousa 
Data: 2011
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/7880
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia de materiais; Filmes de diamante - Revestimentos; Deposição química de vapor; Ferramentas cortantes; Tribologia
Descrição
O diamante possui propriedades mecânicas, térmicas e eléctricas
excepcionais que o tornam um material de eleição para várias aplicações. A
deposição de filmes finos de diamante CVD encontrou uma das suas mais
promissoras aplicações na área das ferramentas de corte. Devido à elevada
dureza, estes revestimentos são muito interessantes para aplicações
tribológicas. O objectivo deste trabalho consistiu no estudo da adesão de
revestimentos de diamante obtidos pela técnica de HFCVD em substratos de
metal submicrométricos. Estudou-se o efeito de diferentes teores de cobalto e
tamanhos de grão de WC. Foram realizados ataques químicos de modo a
preparar a superfície de WC-Co para a deposição de diamante, minimizando
assim o efeito prejudicial do cobalto e melhorando a ancoragem mecânica do
diamante. Produziram-se assim amostras com vários tipos de revestimento,
nomeadamente, diamante microcristalino (MCD) e diamante nanocristalino
facetado (f-NCD).
Através das técnicas de microscopia electrónica de varrimento,
espectroscopia de Raman, perfilometria e microscopia de força atómica, foi
possível caracterizar os diferentes substratos e filmes de diamante. Foi
estudado o comportamento tribológico dos diversos filmes, na forma de pares
homólogos do tipo movimento linear alternativo esfera-sobre-disco, na
ausência de lubrificação.
O revestimento MCD mostrou ter uma rugosidade superficial maior,
proporcionando valores de atrito inicial superiores mas cargas críticas de
delaminação maiores. O substrato MD22 (combinação do maior tamanho de
grão WC e maior teor de cobalto) apresentou os melhores resultados na
avaliação da adesão através de testes de indentação estática (cargas
superiores a 1000 N) e apresentando os valores mais altos de cargas
suportadas nos ensaios tribológicos (30N e 50N para os filmes f-NCD e MCD,
respectivamente).
Os coeficientes de desgaste obtidos nas placas em testes curtos (2 h)
foram na ordem de grandeza de 10-7 mm3 N-1 m-1 para os filmes MCD e f-NCD
sobre os diferentes graus de metal duro, denotando um regime de desgaste
suave. Nos ensaios longos (16 horas), verificou-se uma tendência da
diminuição dos valores de coeficiente de desgaste para uma ordem de
grandeza de 10-8 mm3 N-1 m-1. Diamond possesses mechanical, thermal and electrical properties that
make it an elegible material for several applications. The deposition of of thin
CVD diamond films has founded one of its most promising applications in the
cutting tools field. Due to the high hardness, these coatings are very interesting
for tribological applications. The objective of this work was to study the
adhesion of diamond coatings, by the HFCVD technique on substrates with
submicrometric degrees of WC-Co, i.e., with different cobalt content and WC
grain sizes. Chemical attacks were made in order to prepare the WC-Co
surface for the diamond deposition, therefore minimizing the harmful effect of
cobalt and improving the mechanical anchoring of the diamond. Several
samples with different coating types were produced, namely microcrystalline
diamond (MCD) and faceted nanocrystalline diamond (f-NCD).
The several coatings were characterized by SEM, Raman spectroscopy,
perfilometry and AFM. Thus the tribological behavior of the different coating
was studied in homologous pairs of the type linear alternative movement
sphere-on-disc, in the absence of lubrication.
The MCD coating revealed a higher surface roughness, which provided
for higher initial friction but critical delamination load values. The MD22
substrate (combination with higher WC grain size and higher cobalt content)
presented the best adhesion values by static indentation tests and the higher
load bearing values on the tribological essays (30 N and 50 N for the f-NCD
and MCD, respectively).
The wear coefficient values obtained in the plates on short tests (2 h)
were of the order of 10-7 mm3 N-1 m-1 for the films f-NCD and MCD about the
different grades of carbide, therefore denoting a soft wear regime. On long
tests (16 h), there was a trend of drecrease in Kd values for an order of
magnitude of 10-8 mm3N-1m-1. Mestrado em Engenharia de Materiais
Tipo de Documento
Dissertação de Mestrado
Idioma
Português
Orientador(es)
Oliveira, Filipe José Alves de; Almeida, Flávia Aparecida de
