Quatro testes de desgaste pino-a-disco em diferentes números de rotações (100, 150, 300 e 800 ciclos) foram realizados em cada amostra, a fim de monitorar a evolução do desgaste. A morfologia da superfície das amostras foi medida com um Profiler NANOVEA 3D sem contato para quantificar a rugosidade da superfície antes da realização dos testes de desgaste. Todas as amostras tinham uma rugosidade de superfície comparável de aproximadamente 1 μm, como mostrado na FIGURA 1. O COF foi registrado in situ durante os testes de desgaste, como mostrado na FIGURA 2. O FIGURA 4 apresenta a evolução das pistas de desgaste após 100, 150, 300 e 800 ciclos, e o FIGURA 3 resumiu a taxa média de desgaste de diferentes amostras em diferentes estágios do processo de desgaste.

Em comparação com um valor COF de ~0,07 para as outras três amostras, a Amostra A exibe um COF muito mais alto de ~0,15 no início, que aumenta gradualmente e se estabiliza em ~0,3 após 300 ciclos de desgaste. Um COF tão alto acelera o processo de desgaste e cria uma quantidade substancial de resíduos de tinta como indicado na FIGURA 4 - a camada superior da Amostra A começou a ser removida nas primeiras 100 revoluções. Como mostrado na FIGURA 3, a amostra A apresenta a maior taxa de desgaste de ~5 μm2/N nos primeiros 300 ciclos, que diminui ligeiramente para ~3,5 μm2/N devido à melhor resistência ao desgaste do substrato metálico. A camada superior da Amostra C começa a falhar após 150 ciclos de desgaste, como mostrado na FIGURA 4, o que também é indicado pelo aumento de COF na FIGURA 2.

Em comparação, a amostra B e a amostra D mostram propriedades tribológicas aprimoradas. A Amostra B mantém um COF baixo durante todo o teste - o COF aumenta ligeiramente de~0,05 para ~0,1. Tal efeito lubrificante aumenta substancialmente sua resistência ao desgaste - a camada superior ainda proporciona proteção superior ao primer por baixo, após 800 ciclos de desgaste. A menor taxa média de desgaste de apenas ~0,77 μm2/N é medida para a Amostra B a 800 ciclos. A camada superior da Amostra D começa a delaminar após 375 ciclos, como refletido pelo aumento abrupto do COF na FIGURA 2. A taxa média de desgaste da Amostra D é de ~1,1 μm2/N a 800 ciclos.

Em comparação com as medidas convencionais de abrasão Taber, o Tribômetro NANOVEA fornece avaliações de desgaste quantificáveis e confiáveis bem controladas que garantem avaliações reprodutíveis e controle de qualidade de tintas comerciais para pisos/auto pinturas. Além disso, a capacidade de medições in situ do COF permite aos usuários correlacionar as diferentes etapas de um processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas de vários revestimentos de tintas.

As imagens dos rastros de três metais (Cu110, Al6061 e SS304) após os testes são mostradas no FIGURA 1 para comparar a dureza dos rastros de diferentes materiais. A função de mapeamento do software mecânico NANOVEA foi usada para criar três riscos paralelos testados sob a mesma condição em um protocolo automatizado. A largura medida da pista de raspagem e o número calculado de dureza de raspagem (HSP) são resumidos e comparados na TABELA 1. Os metais mostram diferentes larguras de pista de desgaste de 174, 220 e 89 µm para Al6061, Cu110 e SS304, respectivamente, resultando em um HSP calculado de 0,84, 0,52 e 3,2 GPa.

Além da dureza da raspagem computada a partir da largura da raspagem, a evolução do coeficiente de atrito (COF), profundidade verdadeira e emissão acústica foram registradas in situ durante o teste de dureza da raspagem. Aqui, a profundidade verdadeira é a diferença de profundidade entre a profundidade de penetração da ponta durante o teste de raspagem e o perfil de superfície medido na pré-digitalização. O COF, profundidade verdadeira e emissão acústica do Cu110 são mostrados no FIGURA 2 como um exemplo. Tais informações fornecem uma visão das falhas mecânicas que ocorrem durante a raspagem, permitindo aos usuários detectar defeitos mecânicos e investigar melhor o comportamento da raspagem do material testado.

Os testes de dureza de arranhões podem ser terminados em poucos minutos com alta precisão e repetibilidade. Em comparação com os procedimentos convencionais de indentação, o teste de dureza de arranhões neste estudo fornece uma solução alternativa para medições de dureza, que é útil para o controle de qualidade e o desenvolvimento de novos materiais.

O FIGURA 1 mostra a evolução registrada da profundidade de penetração, coeficiente de atrito (COF) e emissão acústica durante o teste. As faixas completas de microarranhoes nas amostras de TiN são mostradas na FIGURA 2. O comportamento de falha em diferentes cargas críticas são mostrados no FIGURA 3, onde a carga crítica Lc1 é definida como a carga na qual o primeiro sinal de rachadura coesiva ocorre na pista do arranhão, Lc2 é a carga após a qual ocorrem repetidas falhas de espalação, e Lc3 é a carga na qual o revestimento é completamente removido do substrato. Os valores de carga crítica (Lc) para os revestimentos de TiN estão resumidos na FIGURA 4.

A evolução da profundidade de penetração, do COF e da emissão acústica proporciona uma visão do mecanismo de falha do revestimento em diferentes estágios, que são representados pelas cargas críticas neste estudo. Pode-se observar que a amostra A e a amostra B exibem comportamento comparável durante o teste de arranhão. A ponta penetra progressivamente na amostra até uma profundidade de ~0,06 mm e o COF aumenta gradualmente até ~0,3 à medida que a carga normal aumenta linearmente no início do teste de arranhão do revestimento. Quando a Lc1 de ~3,3 N é atingida, ocorre o primeiro sinal de falha de arranhão. Isto também se reflete nos primeiros grandes picos no gráfico de profundidade de penetração, COF e emissão acústica. Como a carga continua a aumentar para Lc2 de ~3,8 N, ocorre uma maior flutuação da profundidade de penetração, COF e emissão acústica. Podemos observar falhas contínuas de espalação presentes em ambos os lados da pista do arranhão. Na Lc3, o revestimento delamina completamente do substrato metálico sob a alta pressão aplicada pelo estilete, deixando o substrato exposto e desprotegido.