Importância da Avaliação de Desgaste em DLC em Umidade

Os revestimentos de carbono tipo diamante (DLC) possuem propriedades tribológicas aprimoradas, nomeadamente excelente resistência ao desgaste e um coeficiente de atrito (COF) muito baixo. Os revestimentos DLC conferem características de diamante quando depositados em diferentes materiais. Propriedades tribomecânicas favoráveis tornam os revestimentos DLC preferíveis em diversas aplicações industriais, como peças aeroespaciais, lâminas de barbear, ferramentas de corte de metal, rolamentos, motores de motocicletas e implantes médicos.

Os revestimentos DLC apresentam COF muito baixo (abaixo de 0,1) contra esferas de aço sob alto vácuo e condições secas¹². Entretanto, os revestimentos DLC são sensíveis a mudanças nas condições ambientais, particularmente a umidade relativa do ar (RH)³. Ambientes com alta concentração de umidade e oxigênio podem levar a um aumento significativo da concentração de COF⁴. A avaliação confiável do desgaste em umidade controlada simula condições ambientais realistas de revestimentos DLC para aplicações tribológicas. Os usuários selecionam os melhores revestimentos DLC para aplicações específicas com comparação adequada
dos comportamentos de desgaste do DLC expostos a diferentes umidades.

Objetivo da medição

Este estudo apresenta o Nanovea Tribômetro equipado com um controlador de umidade é a ferramenta ideal para investigar o comportamento de desgaste de revestimentos DLC em diversas umidades relativas.

Procedimento de teste

A resistência ao atrito e ao desgaste dos revestimentos DLC foram avaliadas pelo Tribômetro Nanovea. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. Um controlador de umidade conectado à tribocâmara controlou com precisão a umidade relativa (UR) com uma precisão de ±1%. Marcas de desgaste em revestimentos DLC e cicatrizes de desgaste em esferas de SiN foram examinadas usando um microscópio óptico após os testes.

Nota: Qualquer material de esfera sólida pode ser aplicado para simular o desempenho de diferentes materiais de acoplamento sob condições ambientais, como lubrificante ou alta temperatura.

Resultados e Discussão

Os revestimentos DLC são ótimos para aplicações tribológicas devido a seu baixo atrito e resistência superior ao desgaste. O atrito do revestimento DLC apresenta comportamento dependente da umidade mostrada na Figura 2. O revestimento DLC apresenta um COF muito baixo de ~0,05 durante todo o teste de desgaste em condições relativamente secas (10% RH). O revestimento DLC apresenta um COF constante de ~0,1 durante o teste, pois o RH aumenta para 30%. O estágio inicial de rodagem do COF é observado nas primeiras 2000 revoluções quando o RH sobe acima de 50%. O revestimento DLC mostra um COF máximo de ~0,20, ~0,26 e ~0,33 em RH de 50, 70 e 90%, respectivamente. Após o período de rodagem, o COF do revestimento DLC permanece constante em ~0,11, 0,13 e 0,20 em RH de 50, 70 e 90%, respectivamente.

A Figura 3 compara as cicatrizes de desgaste da bola SiN e a Figura 4 compara as pistas de desgaste do revestimento DLC após os testes de desgaste. O diâmetro da cicatriz de desgaste era menor quando o revestimento DLC foi exposto a um ambiente com baixa umidade. A camada de DLC de transferência se acumula na superfície da esfera SiN durante o processo de deslizamento repetitivo na superfície de contato. Nesta fase, o revestimento DLC desliza contra sua própria camada de transferência que atua como um lubrificante eficiente para facilitar o movimento relativo e conter a perda de massa adicional causada pela deformação por cisalhamento. Uma película de transferência é observada na cicatriz de desgaste da esfera SiN em ambientes de baixo RH (por exemplo, 10% e 30%), resultando em um processo de desgaste desacelerado da esfera. Este processo de desgaste reflete na morfologia da pista de desgaste do revestimento DLC, como mostrado na Figura 4. O revestimento DLC apresenta uma pista de desgaste menor em ambientes secos, devido à formação de uma película de transferência de DLC estável na interface de contato que reduz significativamente o atrito e a taxa de desgaste.

Conclusão

A umidade desempenha um papel vital no desempenho tribológico dos revestimentos DLC. O revestimento DLC possui resistência ao desgaste significativamente melhorada e baixo atrito superior em condições secas devido à formação de uma camada grafítica estável transferida para a contraparte deslizante (uma bola de SiN neste estudo). O revestimento DLC desliza contra sua própria camada de transferência, que atua como um lubrificante eficiente para facilitar o movimento relativo e restringir ainda mais a perda de massa causada pela deformação por cisalhamento. Não é observado um filme na esfera de SiN com o aumento da umidade relativa, levando a um aumento da taxa de desgaste na esfera de SiN e no revestimento DLC.

O Tribômetro Nanovea oferece testes repetíveis de desgaste e fricção usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com módulos de umidade opcionais disponíveis em um sistema pré-integrado. Ele permite aos usuários simular o ambiente de trabalho com diferentes umidades, fornecendo aos usuários uma ferramenta ideal para avaliar quantitativamente o comportamento tribológico dos materiais sob diferentes condições de trabalho.

Saiba mais sobre o Nanovea Tribômetro e Serviço de Laboratório

1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100–101 (1998) 180.

2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.

3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133–134 (2000) 437.

4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31