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Biblioteca Virtual de Teses e Dissertações

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NESTE TRABALHO FORAM INVESTIGADAS AS PROPRIEDADES TRIBOLÓGICAS E MECÂNICAS DE UM FILME DE CARBONO AMORFO HIDROGENADO (A-C:H) NA SUPERFÍCIE DE UMA LIGA DE AÇO 16MNCR5. FILMES DE A-C:H FORAM APLICADOS COM O OBJETIVO DE AUMENTAR A DUREZA SUPERFICIAL E REDUZIR O COEFICIENTE DE ATRITO ENTRE SUPERFÍCIES DE ELEMENTOS DE MOTORES. AS AMOSTRAS FORAM OBTIDAS A PARTIR DO AÇO LIGA 16MNCR5, ATRAVÉS DE TIRAS METÁLICAS. OS SUBSTRATOS FORAM INICIALMENTE LIMPOS POR UM PROCESSO DE LICHAMENTO, LAVAGEM 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 PLASMA (IIDIP), APLICANDO-SE PULSOS DE ALTA TENSÃO NEGATIVA ÀS AMOSTRAS PARA PROMOVER A DEPOSIÇÃO MEDIANTE À IMPLANTAÇÃO IÔNICA. NESTE CASO, O METANO (CH4) DILUÍDO EM ARGÔNIO FOI UTILIZADO COMO MISTURA PRECURSORA DA FORMAÇÃO DO FILME. FOI INVESTIGADO O EFEITO DA AMPLITUDE DOS PULSOS DE POLARIZAÇÃO, DA PROPORÇÃO DE METANO E DO TEMPO DE IMPLANTAÇÃO NAS PROPRIEDADES DOS FILMES. AS ESPECTROSCOPIAS DE INFRAVERMELHO E RAMAN FORAM EMPREGADAS PARA SE AVALIAR A COMPOSIÇÃO QUÍMICA E A MICROESTRUTURA DOS FILMES. A ANÁLISE DOS ESPECTROS RAMAN ASSOCIADA ÀS ANÁLISES DO MÓDULO DE ELASTICIDADE E COEFICIENTE DE ATRITO APRESENTA CARACTERÍSTICAS DE FILME COM TEORES DE HIDROGÊNIO EM TORNO DE 20%. 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 DA SUPERFÍCIE FOI DETERMINADA POR PERFILOMETRIA E MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA (AFM), ENQUANTO A MORFOLOGIA SUPERFICIAL DAS SUPERFÍCIES FOI INVESTIGADA POR MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV), RESPECTIVAMENTE. A RUGOSIDADE MANTEVE-SE ESTÁVEL EM TODAS AS SÉRIES DE IMPLANTAÇÕES. A DUREZA DAS AMOSTRAS FOI MEDIDA POR NANOINDENTAÇÃO, REVELANDO RESULTADOS CARACTERÍSTICOS DE A-C:H DEPOSITADOS A PLASMAS: DUREZAS ENTRE 13 E 21 GPA. VERIFICOU-SE QUE OS FILMES PREPARADOS COM MAIORES PROPORÇÕES DE METANO E MAIORES TEMPOS DE IMPLANTAÇÃO 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 OBTIDO COM 80% DE METANO EM SUA CONCENTRAÇÃO APRESENTOU MELHOR DESEMPENHO PRÁTICO. OS FILMES OBTIDOS NESTE TRABALHO PELA TÉCNICA IIDIP, EM TEMPERATURA AMBIENTE, SOBRE AS AMOSTRAS DE AÇO AO CROMO 16MNCR5, UTILIZANDO O CH4 COMO GÁS PRECURSOR DILUÍDO EM ARGÔNIO, COM AS CONDIÇÕES DE PROCESSO E APARATO TECNOLÓGICO EMPREGADO, APRESENTAM RESULTADOS MOTIVADORES, QUANDO VERIFICAMOS QUE EM ALGUNS CASOS A DUREZA SUPERFICIAL FOI AUMENTADA MAIS DE VINTE VEZES, BEM COMO O COEFICIENTE DE ATRITO FOI REDUZIDO PELA METADE; CARACTERÍSTICAS QUE DEMONSTRAM QUE ESSA TÉCNICA É EFICIENTE, LIMPA E ECONÔMICA QUANDO COMPARAMOS COM AS TÉCNICAS DE DEPOSIÇÃO A PLASMA QUE LANÇAM MÃO DO USO DE INTERCAMADAS DE SILÍCIO OU DE PORTA AMOSTRAS AQUECIDOS ENTRE 100 E 300 OC E PRINCIPALMENTE QUANDO COMPARAMOS COM O PROCESSO CONVENCIONAL DE NITRETAÇÃO GASOSA REALIZADO EM FORNOS COM TEMPERATURA ENTRE 500 OC.

Palavras-Chave (EN):

Resumo Original (EN):

THIS WORK INVESTIGATED THE TRIBOLOGICAL AND MECHANICAL PROPERTIES PRODUCED BY A FILM OF HYDROGENATED AMORPHOUS CARBON (A-C:H) ON THE SURFACE OF AN ALLOY STEEL 16MNCR5. THE A-C:H FILMS WERE APPLIED TO INCREASE THE SURFACE HARDNESS AND REDUCE THE COEFFICIENT OF FRICTION BETWEEN SURFACES OF ENGINE COMPONENTS. THE SAMPLES WERE OBTAINED FROM ALLOY STEEL 16MNCR5 THROUGH METALLIC STRIPS. THE SUBSTRATES WERE INITIALLY CLEANED IN A PROCESS OF SANDING AND WASHING AND SUBSEQUENTLY IN A PLASMA PROCESSING. THE FILMS WERE MADE USING LOW TEMPERATURE PLASMAS OF HYDROCARBONS AND NOBLE GAS MIXTURES. THE PLASMA IMMERSION ION IMPLANTATION AND DEPOSITION (IIDIP), WAS USED, APPLYING HIGH NEGATIVE VOLTAGE PULSES TO THE SAMPLES TO PROMOTE DEPOSITION BY ION BOMBARDMENT. METHANE (CH4) DILUTED IN ARGON WAS USED AS THE GAS MIXTURE FOR FILM FORMATION. THE EFFECTS OF THE PULSE MAGNITUDE, THE PROPORTION OF METHANE AND DEPLOYMENT TIME ON THE PROPERTIES OF THE FILMS WERE INVESTIGATED. INFRARED AND RAMAN SPECTROSCOPY WERE EMPLOYED TO EVALUATE THE FILMS CHEMICAL COMPOSITION AND MICROSTRUCTURE. THE ANALYSIS OF THE RAMAN SPECTRA ALONG WITH THE ELASTIC MODULUS AND COEFFICIENT OF FRICTION INDICATES A FILM WITH A HYDROGEN CONTENT OF AROUND 20%. THE RECEPTIVITY OF THE FILMS TO WATER WAS ANALYZED BY CONTACT ANGLE (Q) MEASUREMENTS WHICH REVEALED A MODERATED AFFINITY TO WATER (Q ~ 80°) AS A CONSEQUENCE OF A LOW CONCENTRATIONS OF POLAR GROUPS ON THE FILM SURFACE. THE SURFACE TOPOGRAPHY WAS DETERMINED BY PERFILOMETRY AND ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM), WHILE THE SURFACE MORPHOLOGY WAS INVESTIGATED BY SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM), RESPECTIVELY. THE ROUGHNESS DID NOT VARY GREATLY AMONG THE SAMPLES. THE HARDNESS OF THE SAMPLES WAS MEASURED BY NANOINDENTATION, VARYING BETWEEN 13 AND 21 GPA THAT ARE CHARACTERISTIC OF PLASMA DEPOSITED A-C:H. IT WAS FOUND THAT FILMS PREPARED WITH HIGHER PROPORTIONS OF METHANE AND HIGHER DEPOSITION TIMES PRESENTED THE HIGHEST HARDNESS VALUES. THE COEFFICIENT OF FRICTION WAS DETERMINED BY HARD SPHERE TECHNIQUE USING A LINEAR RECIPROCATING MOTION, AND THE RESULTS SHOW THAT THE FILM OBTAINED WITH 80% METHANE CONCENTRATION PRESENTED THE BEST PRACTICAL PERFORMANCE.THE OBTAINED FILMS TROUGH IIDIP TECHNIQUE ON SAMPLES OF CHROME STEEL 16MNCR5 USING ARGON DILUTED AND CH4 AS PRECURSOR GAS IN THE CONDITIONS OF TECHNOLOGICAL PROCESS AND APPARATUS EMPLOYED, PRESENTED HIGHLY MOTIVATING RESULTS AS IN SOME CASES THE HARDNESS WAS INCREASED MORE THAN TWENTY TIMES, AND THE COEFFICIENT OF FRICTION WAS REDUCED BY HALF. THOSE DEMONSTRATED CHARACTERISTICS SHOWS THIS TECHNIQUE MORE EFFICIENT, CLEANER AND ECONOMICAL WHEN COMPARED WITH THE PLASMA DEPOSITION TECHNIQUES WHICH USES A INTERLAYER OF SILICON OR HEATED PORT SAMPLES BETWEEN 100 AND 300 °C AND ESPECIALLY WHEN COMPARED TO THE CONVENTIONAL GAS NITRIDING PROCESS PERFORMED IN FURNACES WITH TEMPERATURES BETWEEN 500 OC .

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