Análise dos modos de falha do revestimento de AlCrN depositado por PVD sobre H13
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2012-08-21
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Moldes, matrizes e ferramentas de corte estão sujeitos a altos esforços mecânicos e/ou
tensões térmicas que, ao longo do tempo, produzem falhas nestes ferramentais. No processo
de fabricação destas ferramentas, existem diversas etapas e, dentre elas, o acabamento
superficial da peça influencia na adesão e pode colaborar na incidência de falhas nos
revestimentos protetores, que geralmente são aplicados para condições de trabalho extremas.
O objetivo deste estudo é analisar o efeito de diferentes abrasivos (lixas de papel e pedras
abrasivas) e processos de preparação de superfície (decapagem por esferas de vidro e
eletropolimento) nos mecanismos de falhas do revestimento. Amostras de aço AISI H13
foram submetidas a tratamento térmico de têmpera a vácuo e as suas superfícies foram
preparadas com diferentes técnicas de polimento e finalmente revestidas com AlCrN por
deposição física de vapor (PVD). Os filmes foram caracterizados por difração de raios X
(DRX), nanoindentação, ensaios Rockwell, microscopia eletrônica de varredura (MEV),
espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS) e espectroscopia de fotoelétrons
induzidos por raio X (XPS). Os resultados de DRX mostraram picos de difração típicos do
revestimento, sem vestígios do substrato. As indentações Rockwell revelaram diferenças nos
modos de falhas do revestimento. As cargas críticas de ensaio (LC) foram avaliadas após o
trincamento do revestimento (LC1) e após a delaminação (LC2). Os substratos polidos com a
pedra enxofrada apresentaram os valores de LC2 mais baixos quando comparados aos demais
sistemas. A análise de EDS, realizada em regiões onde a delaminação ocorreu, revelou a
presença de enxofre. O uso da técnica de XPS permitiu corroborar a presença de enxofre e
estimar que o conteúdo deste elemento na superfície é de aproximadamente de 16% at.
Portanto, a utilização de pedras de enxofradas antes da aplicação de revestimentos PVD não é
recomendada e um mecanismo de delaminação é proposto.
Resumo
Moulds, dies and cutting tools are subject to high mechanical stress and/or thermal
stress that, over time, result in failure in such tooling. In the manufacturing process of such
tools there are several steps and, among them, surface finishing has an influence in adherence
and can generate failures in protective coatings that are generally used under heavy duty
conditions. Consequently, the aim of this study is to evaluate the effect of different abrasives
(sandpaper and abrasive stone) and different surface preparation processes (glass bead
stripping and electropolishing) in the failure mechanisms of the coatings. AISI H13 steel
samples were subject to vacuum quenching thermal treatment and the surfaces were prepared
with different polishing techniques and finally coated with AlCrN by physical vapour
deposition (PVD). The films were characterized by X-ray diffraction (XRD), nanoindentation
tests, Rockwell tests, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy
(EDS) and X-ray induced photoelectron spectroscopy (XPS). XRD results evinced typical
diffraction peaks for this coating without traces from the substrate. Rockwell indentations
revealed differences in the coating failures modes. The critical loads (LC) in the test were
evaluated after coating cracking (LC1) and after delamination (LC2). The substrates polished by
sulphur-impregnated grinding stone presented the lowest LC2 values when compared to the
other systems. EDS analysis performed in the regions where delamination occurred revealed
the presence of sulphur. The XPS technique corroborated the presence of sulphur and was
used to estimate that the content of that element in the surface is about 16% at. Thus, the use
of sulphur-impregnated grinding stone before the application of PVD coatings is not
recommended and a delamination mechanism is proposed.