Otimização da adesão de filmes de DLC sobre aço SAE 4140 utilizando intercamadas contendo silício depositadas a partir de tetrametilsilano
Abstract
Filmes de carbono tipo diamante (DLC) vêm ganhando espaço na indústria automotiva, aeronáutica, biomédica e decorativa devido ao seu baixo coeficiente de atrito e elevada resistência ao desgaste. Entretanto, a baixa adesão entre o filme de DLC e ligas ferrosas representa um obstáculo para sua aplicação. O uso de intercamadas contendo Si visa melhorar a adesão dos filmes. Contudo, a necessidade
de elevadas temperaturas na deposição das intercamadas inviabiliza aplicações tecnológicas. Nesse sentido, o etching de H2 é utilizado para melhorar a adesão geral dos filmes, através da limpeza química da superfície da intercamada com plasma de H2. O etching de H2 é aplicado após a deposição da intercamada contendo Si. Esse trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do etching de H2 na adesão de filmes de DLC sobre o aço SAE 4140, em sistemas com intercamadas contendo Si, obtidas a partir de tetrametilsilano (TMS) e depositadas em baixas temperaturas (iniciando em 85 °C). Foram depositadas duas séries de amostras, denominadas (1) série com etching de H2 e (2) série sem etching de H2, que diferem entre si somente pela presença do etching de H2. Variou-se a temperatura de deposição da intercamada nas duas séries. Os resultados dos testes de riscamento mostraram adesão dos filmes de DLC para todas as temperaturas de deposição da série sem etching de H2, com cargas críticas variando de 4 N a 6 N. A série com etching de H2 apresentou delaminação parcial em algumas condições de deposição. De acordo com os resultados de espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES), o etching de H2 retirou considerável teores de elementos como C, Si e O da interface entre o filme de DLC e a intercamada contendo Si. Isso contribuiu para a redução da espessura da intercamada. Análises de espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) caracterizaram os filmes de DLC e as intercamadas contendo Si como filmes de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H) e carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-SiCx:H), respectivamente. Teores inferiores a ~5% de oxigênio foram medidos por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) nas interfaces e no interior da intercamada da série sem etching de H2. Concluiu-se que a boa adesão dos filmes de DLC das amostras da série sem etching de H2 (em temperaturas tão baixas como 85 °C) é consequência do baixo teor de oxigênio presente na estrutura e do uso de baixa pressão de base (~0,8 Pa) no sistema de deposição. Esse trabalho observou que (1) a aplicação do etching de H2 não é fundamental para a adesão de filmes de DLC em processos com baixas temperaturas de deposição de intercamadas contendo Si, formadas a partir do precursor TMS e depositas em sistemas com pressão de base tão baixas como ~0,8 Pa; (2) é possível depositar filmes de DLC bem aderidos, em sistemas com intercamadas contendo Si (formadas a partir de TMS) depositadas em temperaturas tão baixas quanto 85 °C. [resumo fornecido pelo autor]