Publicação
Tribosystems based on multilayered micro/nanocrystalline CVD diamond coatings
| Resumo: | A combinação das características do diamante microcristalino (MCD) e nanocristalino (NCD), tais como elevada adesão do MCD e a baixa rugosidade superficial e baixo coeficiente de atrito do NCD, é ideal para aplicações tribológicas exigentes. Deste modo, o presente trabalho centrou–se no desenvolvimento de revestimentos em multicamada MCD/NCD. Filmes com dez camadas foram depositados em amostras de cerâmicos de Si3N4 pela técnica de deposição química em fase vapor assistida por filamento quente (HFCVD). A microestrutura, qualidade do diamante e adesão foram investigadas usando técnicas como SEM, AFM, espectroscopia Raman, DRX, indentação Brale e perfilometria ótica 3D. Diversas geometrias para aplicações distintas foram revestidas: discos e esferas para testes tribológicos à escala laboratorial, e para testes em serviço, anéis de empanques mecânicos e pastilhas de corte para torneamento. Nos ensaios tribológicos esfera–sobre–plano em movimento recíproco, sob 10–90% de humidade relativa (RH), os valores médios dos coeficientes de atrito máximo e em estado estacionário são de 0,32 e 0,09, respetivamente. Em relação aos coeficientes de desgaste, observou–se um valor mínimo de cerca de 5,2×10–8 mm3N–1m–1 para valores intermédios de 20–25% de RH. A humidade relativa tem um forte efeito sobre o valor da carga crítica que triplica a partir de 40 N a 10% RH para 120 N a 90% de RH. No intervalo de temperaturas 50–100 ° C, as cargas críticas são semelhantes às obtidas em condições de baixa RH (~10–25%). A vida útil das ferramentas com revestimento de dez camadas alternadas MCD/NCD e 24 μm de espessura total no torneamento de um compósito de matriz metálica Al– 15 vol% Al2O3 (Al–MMC) é melhor do que a maioria das ferramentas de diamante CVD encontradas na literatura, e semelhante à maioria das ferramentas de diamante policristalino (PCD). A formação de cratera ocorre por desgaste sucessivo das várias camadas, atrasando a delaminação total do revestimento de diamante do substrato, ao contrário do que acontece com os revestimentos monocamada. Os anéis de empanque testados com biodiesel apresentaram coeficientes de desgaste (4,1x10–10 mm3N–1m–1) duas ordens de grandeza menores do que em ensaios esfera–sobre–plano em movimento recíproco (k = 5,0x10–8 mm3N–1m–1), mas não foi possível obter vedação completa devido a sobreaquecimento do fluido. Esta condição foi obtida com água sob pressão, para condições P.V na gama 0,72–5,3 MPa.ms–1. Um coeficiente de atrito em estado estacionário de ~ 0,04 e um valor de coeficiente de desgaste de 6,0x10–10 mm3N–1m–1, característico de um regime desgaste ultra–suave, revelam o alto desempenho deste tribossistema. |
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| Autores principais: | Shabani, Mohammadmehdi |
| Assunto: | Ciência dos materiais Tribologia Ferramentas cortantes Revestimentos protectores - Nitreto de silício Filmes finos de multicamadas Filmes de diamante |
| Ano: | 2016 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Aveiro |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro |
| Resumo: | A combinação das características do diamante microcristalino (MCD) e nanocristalino (NCD), tais como elevada adesão do MCD e a baixa rugosidade superficial e baixo coeficiente de atrito do NCD, é ideal para aplicações tribológicas exigentes. Deste modo, o presente trabalho centrou–se no desenvolvimento de revestimentos em multicamada MCD/NCD. Filmes com dez camadas foram depositados em amostras de cerâmicos de Si3N4 pela técnica de deposição química em fase vapor assistida por filamento quente (HFCVD). A microestrutura, qualidade do diamante e adesão foram investigadas usando técnicas como SEM, AFM, espectroscopia Raman, DRX, indentação Brale e perfilometria ótica 3D. Diversas geometrias para aplicações distintas foram revestidas: discos e esferas para testes tribológicos à escala laboratorial, e para testes em serviço, anéis de empanques mecânicos e pastilhas de corte para torneamento. Nos ensaios tribológicos esfera–sobre–plano em movimento recíproco, sob 10–90% de humidade relativa (RH), os valores médios dos coeficientes de atrito máximo e em estado estacionário são de 0,32 e 0,09, respetivamente. Em relação aos coeficientes de desgaste, observou–se um valor mínimo de cerca de 5,2×10–8 mm3N–1m–1 para valores intermédios de 20–25% de RH. A humidade relativa tem um forte efeito sobre o valor da carga crítica que triplica a partir de 40 N a 10% RH para 120 N a 90% de RH. No intervalo de temperaturas 50–100 ° C, as cargas críticas são semelhantes às obtidas em condições de baixa RH (~10–25%). A vida útil das ferramentas com revestimento de dez camadas alternadas MCD/NCD e 24 μm de espessura total no torneamento de um compósito de matriz metálica Al– 15 vol% Al2O3 (Al–MMC) é melhor do que a maioria das ferramentas de diamante CVD encontradas na literatura, e semelhante à maioria das ferramentas de diamante policristalino (PCD). A formação de cratera ocorre por desgaste sucessivo das várias camadas, atrasando a delaminação total do revestimento de diamante do substrato, ao contrário do que acontece com os revestimentos monocamada. Os anéis de empanque testados com biodiesel apresentaram coeficientes de desgaste (4,1x10–10 mm3N–1m–1) duas ordens de grandeza menores do que em ensaios esfera–sobre–plano em movimento recíproco (k = 5,0x10–8 mm3N–1m–1), mas não foi possível obter vedação completa devido a sobreaquecimento do fluido. Esta condição foi obtida com água sob pressão, para condições P.V na gama 0,72–5,3 MPa.ms–1. Um coeficiente de atrito em estado estacionário de ~ 0,04 e um valor de coeficiente de desgaste de 6,0x10–10 mm3N–1m–1, característico de um regime desgaste ultra–suave, revelam o alto desempenho deste tribossistema. |
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