Físico-química de adesão de filmes de DLC sobre aço AISI 4140 utilizando intercamadas contendo silício
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Data
2015-08-24Orientador
Figueroa, Carlos Alejandro
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O carbono tipo diamante (DLC) é um material de revestimento que tem atraído grande interesse devido às propriedades de alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito. Intercamadas contendo silício são amplamente utilizadas para melhorar a adesão do DLC em ligas ferrosas, embora o fenômeno que gera a adesão ainda não seja bem entendido. Neste contexto, o objetivo desse estudo é compreender claramente os fenômenos físico-químicos e as ligações químicas que são responsáveis pela adesão de filmes de DLC sobre aços, utilizando intercamadas contendo silício produzidas em diferentes condições de processamento. Os filmes foram depositados sobre o aço AISI 4140 por deposição química a vapor assistida por plasma pulsado de corrente contínua utilizando confinamento eletrostático. As intercamadas foram produzidas a partir de tetrametilsilano em diferentes tempos e temperaturas de deposição, e o filme de DLC foi subsequentemente depositado sobre as intercamadas a partir de acetileno, utilizando-se as mesmas condições experimentais para todas as amostras. A estrutura físico-química dos filmes produzidos foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de Raios X por dispersão em energia, espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente e espectroscopia Raman. As ligações químicas nas interfaces do sistema aço/intercamada/DLC foram avaliadas por espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raios X. Por fim, a carga crítica para delaminação dos filmes foi medida por testes de nanoesclerometria linear. Os resultados mostraram que a espessura e a estrutura química das intercamadas são dependentes do tempo e da temperatura de deposição, mas a temperatura foi estabelecida como o parâmetro chave de controle da cinética de reação e de crescimento da intercamada. A intercamada é estruturada como um carbeto de silício amorfo hidrogenado com formação preferencial de ligações Si–C em temperaturas de deposição a partir de 300°C. Para as amostras com intercamada depositada a partir dessa temperatura de transição, a adesão dos filmes de DLC é alcançada, sem delaminação espontânea. A melhora na adesão está associada com as ligações químicas formadas nas interfaces. Enquanto as ligações C–C e Si–C são formadas na interface intercamada/DLC, ligações Si–Fe são formadas na interface aço/intercamada. A presença de hidrogênio e oxigênio residual na estrutura da intercamada prejudica a adesão dos filmes de DLC.