Redução de desgaste de componentes mecânicos utilizando...
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Painel PEMM 2012 - 24, 25 e 26 de outubro de 2012 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil Redução de desgaste de componentes mecânicos utilizando recobrimentos com base em carbono amorfo hidrogenado Rodrigo Pereira Gonçalves* *[email protected], estudante de IC (Graduação) Laboratório de Recobrimentos, PEMM-COPPE-UFRJ CP 68505, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ Resumo Serão estudados recobrimentos baseados em carbono do tipo diamante (Diamond like Carbon, DLC). Estes recobrimentos, assim como o diamante, possuem uma alta dureza, resistência ao desgaste e a abrasão. No entanto, a utilização de tal tipo de filme ainda depende do aperfeiçoamento das técnicas de deposição para ser utilizado em larga escala. Atualmente o DLC é empregado em uma série de aplicações tecnológicas como: recobrimentos protetores contra desgaste em discos rígidos e lâminas, proteção contra corrosão e também em peças de motores de combustão interna. Este trabalho visa estudar as propriedades tribológicas dos recobrimentos com base em DLC para diminuição de desgaste de componentes mecânicos. Palavras chave: DLC, tribologia. Introdução O presente trabalho tem como objetivo o estudo e desenvolvimento de recobrimentos de DLC para redução do desgaste de componentes mecânicos. O desenvolvimento será feito de acordo com os resultados obtidos nos testes que estimarão propriedades tribológicas dos filmes. Nesses testes serão aferidos e comparados os coeficientes de atrito e taxa de desgaste de cada superfície para interpretação dos resultados e escolha do filme mais eficiente. Os resultados já adquiridos serão apresentados junto ao planejamento dos futuros testes. Materiais e métodos As amostras recobertas são discos de aço SAE 4340 de 35 mm de diâmetro e 3 mm de espessura sendo preparadas seguindo a seqüência: lixamento de 100 até 1200 e polimento com pasta de diamante de granulometria de 6 até 1 µm. Após essa etapa, o substrato se encontra pronto para a etapa de recobrimento, que foi realizada no Laboratório de Superfícies e Filmes Finos do PEMM/COPPE, com o sistema de deposição PECVD (Deposição Química Assistida por Plasma). Já com o filme depositado sobre o substrato, começaram a ser feitos os ensaios tribológicos com o aparelho CETR-UMT-2. Esses foram feitos com o método de ensaio de pino sobre disco, à seco, utilizando uma esfera de aço inox de 62 HRC (escala de dureza Rockwell C) e diâmetro 6,3 mm, sendo submetida a uma força horizontal de 1kg. Futuramente, testes serão feitos com controle de umidade, temperatura e lubrificação, a fim de tentar simular o funcionamento da maioria das engrenagens utilizadas na indústria. Como equipamento auxiliar, foi usado o perfilômetro Sloan Dektak, também pertencente ao Laboratório de Superfícies e Filmes Finos. Resultados e discussão Nos ensaios feitos à seco no tribômetro, atritando a esfera de aço com o disco com e sem recobrimento, foram feitos testes com durações variadas. A amostra que não possuía o filme apresentou coeficiente de atrito bastante elevado e este não sofreu uma redução significativa com o decorrer do ensaio. Já as amostras recobertas tiveram em média um coeficiente de atrito 80% menor e mantiveram essas características por um tempo de até 6 horas (ensaio mais longo). Como as amostras recobertas possuem uma superfície mais resistente ao desgaste, a esfera penetrou mais, aumentando o tamanho dos sulcos consideravelmente quando comparados com o substrato recoberto. As espessuras dos sulcos foram medidas e apresentaram uma diferença de aproximadamente 82,2%.
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Painel PEMM 2012 - 24, 25 e 26 de outubro de 2012 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Redução de desgaste de componentes mecânicos utilizando recobrimentos com base em carbono amorfo hidrogenado
Rodrigo Pereira Gonçalves*
*[email protected], estudante de IC (Graduação)
Laboratório de Recobrimentos, PEMM-COPPE-UFRJ
CP 68505, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ
Resumo Serão estudados recobrimentos baseados em carbono do tipo diamante (Diamond like Carbon, DLC). Estes recobrimentos, assim como o diamante, possuem uma alta dureza, resistência ao desgaste e a abrasão. No entanto, a utilização de tal tipo de filme ainda depende do aperfeiçoamento das técnicas de deposição para ser utilizado em larga escala. Atualmente o DLC é empregado em uma série de aplicações tecnológicas como: recobrimentos protetores contra desgaste em discos rígidos e lâminas, proteção contra corrosão e também em peças de motores de combustão interna. Este trabalho visa estudar as propriedades tribológicas dos recobrimentos com base em DLC para diminuição de desgaste de componentes mecânicos. Palavras chave: DLC, tribologia. Introdução O presente trabalho tem como objetivo o estudo e desenvolvimento de recobrimentos de DLC para redução do desgaste de componentes mecânicos. O desenvolvimento será feito de acordo com os resultados obtidos nos testes que estimarão propriedades tribológicas dos filmes. Nesses testes serão aferidos e comparados os coeficientes de atrito e taxa de desgaste de cada superfície para interpretação dos resultados e escolha do filme mais eficiente. Os resultados já adquiridos serão apresentados junto ao planejamento dos futuros testes. Materiais e métodos As amostras recobertas são discos de aço SAE 4340 de 35 mm de diâmetro e 3 mm de espessura sendo preparadas seguindo a seqüência: lixamento de 100 até 1200 e polimento com pasta de diamante de granulometria de 6 até 1 µm. Após essa etapa, o substrato se encontra pronto para a etapa de recobrimento, que foi realizada no Laboratório de Superfícies e Filmes Finos do PEMM/COPPE, com o sistema de deposição PECVD (Deposição Química Assistida por Plasma). Já com o filme depositado sobre o substrato, começaram a ser feitos os ensaios tribológicos com o aparelho CETR-UMT-2. Esses foram feitos com o método de ensaio de pino sobre
disco, à seco, utilizando uma esfera de aço inox de 62 HRC (escala de dureza Rockwell C) e diâmetro 6,3 mm, sendo submetida a uma força horizontal de 1kg. Futuramente, testes serão feitos com controle de umidade, temperatura e lubrificação, a fim de tentar simular o funcionamento da maioria das engrenagens utilizadas na indústria. Como equipamento auxiliar, foi usado o perfilômetro Sloan Dektak, também pertencente ao Laboratório de Superfícies e Filmes Finos. Resultados e discussão Nos ensaios feitos à seco no tribômetro, atritando a esfera de aço com o disco com e sem recobrimento, foram feitos testes com durações variadas. A amostra que não possuía o filme apresentou coeficiente de atrito bastante elevado e este não sofreu uma redução significativa com o decorrer do ensaio. Já as amostras recobertas tiveram em média um coeficiente de atrito 80% menor e mantiveram essas características por um tempo de até 6 horas (ensaio mais longo). Como as amostras recobertas possuem uma superfície mais resistente ao desgaste, a esfera penetrou mais, aumentando o tamanho dos sulcos consideravelmente quando comparados com o substrato recoberto. As espessuras dos sulcos foram medidas e apresentaram uma diferença de aproximadamente 82,2%.
Painel PEMM 2012 - 24, 25 e 26 de outubro de 2012 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Figura 1 – Comparação entre as amostras.
Figura 2 – Teste com duraçao de seis horas.
Figura 3 – Fotos tiradas com microscópio do aparelho
CETR-UMT-2 na mesma escala . (Acima: Aço SAE 4340 , 811 µm, Abaixo: Aço SAE 4340 recoberto, 140 µm).
A diferença de profundidade foi de aproximadamente de 97,4%, sendo as cargas horizontais constantes, no valor de 1 kg nos dois ensaios, porém com a diferença de tempo bem elevada. O ensaio sobre o aço não recoberto teve duração de 15 minutos e a profundidade alcançada foi de aproximadamente 23 µm, enquanto que o ensaio realizado na amostra recoberta alcançou cerca de 0,6 µm, com tempo de ensaio de 6 horas.
Conclusões
Comparando os dados das amostras recobertas com DLC com aquelas sem tal recobrimento, pode-se afirmar que o recobrimento beneficiou o substrato nas características desejadas para o estudo em questão. Tais resultados já apresentam uma melhora significativa, porém mais testes devem ser feitos em condições de umidade, temperatura e lubrificação controlados, testando também outras composições do filme protetor. Agradecimentos
À toda a equipe do Laboratório de Superfícies e Filmes Finos do PEMM-COPPE-UFRJ, com destaque para Ricardo Assunção Santos que me auxiliou com os equipamentos em todas as etapas da pesquisa.
Referências
[1] Robertson, J., Materials Science and Engineering: R: Reports, v. 37, pp. 129-281, 2002.
[2] Kano, Makoto, New Diamond Frontier Carbon Technology, vol.16, No.4 2006 ,MYU Tokyo.
[3] Stoeterau, Rodrigo Lima. Apostila de Tribologia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Centro de Tecnológico, Departamento de Engenharia mecânica, 2004.
Coeficiente de atrito x Tempo
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15Minutos
SemrecobrimentoDLC
Coeficiente de atrito x Tempo
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360Minutos
Aco x DLC
