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Biblioteca Virtual de Teses e Dissertações

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Resumo Original (PT):

NESTE TRABALHO FOI INVESTIGADO O EFEITO PROTETIVO PRODUZIDO PELA DEPOSIÇÃO DE UM FILME DE CARBONO AMORFO HIDROGENADO (A-C:H) SOBRE A SUPERFÍCIE DE UMA FERRAMENTA DE CONFORMAÇÃO COBERTA COM NITRETO DE TITÂNIO (TIN). A FORÇA NECESSÁRIA PARA CONFORMAR O MATERIAL É RELATIVAMENTE ALTA, EM TORNO DE ALGUMAS TONELADAS. OS FILMES DE A-C:H FORAM APLICADOS COM O OBJETIVO DE REDUZIR O ATRITO ENTRE AS SUPERFÍCIES DA FERRAMENTA DE CONFORMAÇÃO E DO MATERIAL A SER CONFORMADO, PODENDO TAMBÉM GERAR UM GANHO PELA REDUÇÃO OU ELIMINAÇÃO DA LUBRIFICAÇÃO APLICADA NA FITA NA FORMA DE FOSFATO DE ZINCO OU DE ÓLEO DE REPUXO. AS AMOSTRAS FORAM CONSTRUÍDAS A PARTIR DO AÇO FERRAMENTA AISI M2, ATRAVÉS DOS PROCESSOS DE USINAGEM MOLE, TRATAMENTO TÉRMICO, RETÍFICA E LAPIDAÇÃO COM SUBSEQÜENTE APLICAÇÃO DA CAMADA DE TIN ATRAVÉS DO PROCESSO PVD (PHYSICAL VAPOR DEPOSITION). TAMBÉM FOI UTILIZADO COMO SUBSTRATO DISCOS DE AÇO AISI M2 SEM A CAMADA DE TIN. AS AMOSTRAS FORAM INICIALMENTE LIMPAS EM UM PROCESSO DE LAVAGEM POR ULTRA-SOM E SUBSEQÜENTEMENTE POR UM PROCEDIMENTO A PLASMA. OS FILMES FORAM ENTÃO DEPOSITADOS UTILIZANDO-SE PLASMAS DE BAIXAS TEMPERATURAS DE MISTURAS DE HIDROCARBONETOS E GASES NOBRES. FOI UTILIZADA A TÉCNICA HÍBRIDA DE IMPLANTAÇÃO IÔNICA E DEPOSIÇÃO POR IMERSÃO EM PLASMAS (IIDIP), APLICANDO-SE PULSOS DE ALTA TENSÃO NEGATIVA ÀS AMOSTRAS PARA PROMOVER A DEPOSIÇÃO MEDIANTE A IMPLANTAÇÃO IÔNICA. NESTE CASO, O ACETILENO (C2H2) DILUÍDO EM ARGÔNIO FOI UTILIZADO COMO MISTURA PRECURSORA DA FORMAÇÃO DO FILME. FOI INVESTIGADO O EFEITO DA AMPLITUDE DOS PULSOS DE POLARIZAÇÃO E DA PRESSÃO DOS GASES DO PLASMA NAS PROPRIEDADES DOS FILMES. AS ESPECTROSCOPIAS NO INFRAVERMELHO E RAMAN FORAM EMPREGADAS PARA SE AVALIAR A COMPOSIÇÃO QUÍMICA E A MICROESTRUTURA DOS FILMES. VERIFICOU-SE NOS ESPECTROS DE INFRAVERMELHO QUE, COM O AUMENTO DA MAGNITUDE DOS PULSOS, OCORREU UMA DIMINUIÇÃO NA INTENSIDADE DAS BANDAS RELACIONADAS A GRUPOS C-H E O-H. POR OUTRO LADO, O AUMENTO DA PRESSÃO DA MISTURA DOS GASES CAUSOU AUMENTO NA INTENSIDADE DAS BANDAS DEVIDAS A GRUPOS C-H. OS ESPECTROS RAMAN APRESENTARAM ACENTUADA FOTOLUMINESCÊNCIA VIII INDICANDO UM EXPRESSIVO TEOR DE HIDROGÊNIO NA COMPOSIÇÃO DOS FILMES. ESTE ASPECTO FOI OBSERVADO TANTO PARA AS AMOSTRAS PRODUZIDAS VARIANDO-SE A INTENSIDADE DOS PULSOS QUANTO PARA AS PREPARADAS COM DIFERENTES PRESSÕES. A MOLHABILIDADE DOS FILMES FOI DETERMINADA PELA TÉCNICA DE ÂNGULO DE CONTATO UTILIZANDO-SE ÁGUA DEIONIZADA COMO LÍQUIDO DE PROVA. DE UMA FORMA GERAL, OS RESULTADOS REVELARAM QUE OS FILMES SÃO LEVEMENTE RECEPTIVOS À ÁGUA E TAL FENÔMENO FOI ATRIBUÍDO À PRESENÇA DE GRUPOS POLARES NA SUPERFÍCIE DO MATERIAL. A TOPOGRAFIA FOI DETERMINADA POR PERFILOMETRIA E MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA (AFM), ENQUANTO A MORFOLOGIA DAS SUPERFÍCIES FOI INVESTIGADA POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV. A RUGOSIDADE MÉDIA DAS AMOSTRAS, RA, MOSTROU-SE FORTEMENTE DEPENDENTE DO MATERIAL UTILIZADO COMO SUBSTRATO: AÇO AISI M2 POLIDO OU AÇO AISI M2 COM COBERTURA DE TIN. O MAIOR VALOR DE RUGOSIDADE DO SUBSTRATO, RA 1172 Å, FOI OBTIDO PARA AS AMOSTRAS PREPARADAS COM O AÇO AISI M2 COM TIN, E O MENOR, RA 73 Å, PARA AS AMOSTRAS PREPARADAS COM O AÇO AISI M2 POLIDO. APÓS A DEPOSIÇÃO POR IIDIP, A RUGOSIDADE TENDEU A AUMENTAR COM A INTENSIDADE DOS PULSOS NO SUBSTRATO MENOS RUGOSO (AISI M2) E A DIMINUIR NO MAIS IRREGULAR (AISI M2 COM TIN). OBSERVOU-SE QUEDA NA RUGOSIDADE COM O AUMENTO DA PRESSÃO PARA OS FILMES DEPOSITADOS NO SUBSTRATO DE AÇO AISI M2 COM TIN. PARA O SUBSTRATO MAIS REGULAR, TODAVIA, A RUGOSIDADE CRESCE, MAS VOLTA A CAIR PARA OS MAIORES VALORES DE PRESSÃO. AS IMAGENS SUPERFICIAIS OBTIDAS POR MEV E AFM REVELARAM A FORMAÇÃO DE PEQUENAS DEPRESSÕES SIMILARES A BURACOS DE AGULHAS. A DUREZA DAS AMOSTRAS FOI MEDIDA POR NANOINDENTAÇÃO, REVELANDO RESULTADOS CARACTERÍSTICOS DE A-C:H DEPOSITADOS A PLASMAS: DUREZAS ENTRE 5 E 6 GPA. VERIFICOU-SE QUE OS FILMES PREPARADOS COM OS PULSOS DE INTENSIDADE MAIS ALTA E COM OS MENORES VALORES DE PRESSÃO APRESENTARAM OS MAIORES VALORES DE DUREZA. O COEFICIENTE DE ATRITO FOI DETERMINADO PELA TÉCNICA DE ESFERA CONTRA DISCO COM UM MOVIMENTO RECÍPROCO LINEAR, E OS SEUS RESULTADOS DEMONSTRAM QUE O FILME DEPOSITADO COM O MENOR VALOR DE PRESSÃO SOBRE O SUBSTRATO AÇO AISI M2 COM CAMADA DE TIN APRESENTOU O MELHOR DESEMPENHO PRÁTICO.

Palavras-Chave (EN):

Resumo Original (EN):

IN THIS STUDY, THE PROTECTIVE EFFECT PRODUCED BY THE APPLICATION OF A HYDROGENATED AMORPHOUS CARBON (A-C:H) FILM ON THE SURFACE OF A FORMING TOOL CONTAINING A TITANIUM NITRIDE (TIN) LAYER WAS INVESTIGATED. THE REQUIRED FORCE TO FORMING THE MATERIAL IS RELATIVELY HIGH, AROUND A FEW TONS. THE A-C:H FILMS WERE APPLIED TO REDUCE THE FRICTION COEFFICIENT BETWEEN THE SURFACE OF THE FORMING TOOL AND THE RAW MATERIAL, ALSO GENERATING THE POSSIBILITY OF THE REDUCTION OR ELIMINATION OF THE LUBRICATION APPLIED TO THE TAPE SURFACE IN THE FORM OF ZINC PHOSPHATE AND DRAWING OIL. THE SAMPLES WERE PRODUCED FROM AISI M2 STEEL, USING SOFT MACHINING PROCESSES, HEAT TREATMENT, GRINDING AND POLISHING WITH SUBSEQUENT APPLICATION OF THE TIN LAYER BY PVD (PHYSICAL VAPOR DEPOSITION). TO PERMIT COMPARISON, AISI M2 STEEL WITHOUT THE TIN LAYER WAS ALSO USED AS A SUBSTRATE. THE SAMPLES WERE INITIALLY CLEANED IN ULTRASONIC BATHS AND SUBSEQUENTLY BY PLASMA ABLATION. LOW TEMPERATURE PLASMAS OF HYDROCARBON AND NOBLE GAS MIXTURES WERE USED TO DEPOSIT THE FILMS. THE HYBRID TECHNIQUE OF PLASMA IMMERSION ION IMPLANTATION AND DEPOSITION (PIIID) WAS USED, APPLYING HIGH VOLTAGE NEGATIVE PULSES TO THE SAMPLES TO PROMOTE DEPOSITION UNDER ION BOMBARDMENT. ACETYLENE (C2H2) DILUTED IN ARGON WAS USED AS THE GAS MIXTURE FOR FILM FORMATION. THE EFFECT OF THE PULSE MAGNITUDE AND PLASMA PRESSURE ON THE PROPERTIES OF THE FILMS, WERE STUDIED. INFRARED AND RAMAN SPECTROSCOPIES WERE EMPLOYED TO EVALUATE THE FILM CHEMICAL COMPOSITION AND MICROSTRUCTURE. VIA THE INFRARED SPECTRA WAS OBSERVED A DECREASE IN THE C-H AND O-H BAND INTENSITIES WITH INCREASING PULSE MAGNITUDE, BUT A RISE IN THE GAS PRESSURE CAUSED THE INTENSITY OF C-H BANDS TO INCREASE. RAMAN SPECTRA OF ALL THE FILMS EXHIBITED STRONG PHOTOLUMINESCENCE, INDICATING A SIGNIFICANT HYDROGEN CONTENT. THE RECEPTIVITY OF THE FILMS TO WATER WAS ANALYZED BY CONTACT ANGLE () MEASUREMENTS, WHICH REVEALED A MODERATE AFFINITY FOR WATER ( ~ 80) AS A CONSEQUENCE OF THE LOW CONCENTRATIONS OF POLAR GROUPS ON THE FILM SURFACE. THE SURFACE TOPOGRAPHY WAS DETERMINED BY PROFILOMETRY AND ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM), WHILE THE SURFACE MORPHOLOGY WAS INVESTIGATED BY SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM), RESPECTIVELY. ROUGHNESS RESULTS, MEASURED IN RA, WERE STRONGLY DEPENDENT ON THE MATERIAL EMPLOYED AS THE SUBSTRATE: POLISHED AISI M2 STEEL OR AISI M2 STEEL CONTAINING TIN. THE GREATEST VALUE OF THE SUBSTRATE ROUGHNESS, RA 1172 Å, WAS OBTAINED FOR THE SAMPLES PREPARED WITH THE AISI M2 STEEL WITH TIN LAYER, AND THE LOWEST, RA 73 Å, FOR THE SAMPLES PREPARED WITH POLISHED AISI M2 STEEL. AFTER THE PIIID DEPOSITION, THE ROUGHNESS TENDED TO INCREASE WITH GREATER PULSE X MAGNITUDE FOR THE SMOOTHEST SUBSTRATE (POLISHED AISI M2 STEEL) AND TO DECREASE WITH THE ROUGHEST ONE (AISI M2 STEEL CONTAINING TIN). FOR THIS LAST SUBSTRATE, THE SAME BEHAVIOR OF A FALL IN ROUGHNESS WAS OBSERVED WITH INCREASING PLASMA PRESSURE. FOR THE POLISHED AISI M2 STEEL, HOWEVER, ROUGHNESS INCREASED BUT RECOVERED ITS INITIAL VALUES FOR THE HIGHER PRESSURE DEPOSITIONS. IMAGES ACQUIRED BY AFM AND SEM DEMONSTRATED THE PRESENCE OF PINHOLES ON THE FILM STRUCTURE. NANOINDENTATION REVEALED HARDNESS BETWEEN 5 AND 6 GPA, WHICH IS TYPICAL FOR PECVD PREPARED A-C:H FILMS. FILMS DEPOSITED WITH THE HIGHER PULSE MAGNITUDES AND LOWER PLASMA PRESSURES PRESENTED THE HIGHEST HARDNESS VALUES. FRICTION COEFFICIENTS WERE DETERMINED USING BALL-ON-DISC TECHNIQUE WITH LINEAR RECIPROCATION, AND THE RESULTS DEMONSTRATED THAT THE FILM DEPOSITED AT THE LOWEST PLASMA PRESSURE ON THE AISI M2 STEEL SUBSTRATE WITH A TIN LAYER SHOWED THE BEST PERFORMANCE.

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