Considerações finais

A realização dos revestimentos utilizados neste trabalho foi executada num equipamento PVD Unbalanced Magnetron Sputtering, o qual confere características muito próprias aos filmes nele depositados. Assim, os resultados encontrados poderão não ser comparáveis a outros obtidos em equipamentos distintos, mesmo sendo utilizados os mesmos parâmetros de deposição. De facto, a geometria da câmara de deposição e a disposição dos alvos e campos magnéticos são, por si só, factores determinantes para as características dos filmes depositados num dado reactor.

Relativamente ao estudo dos filmes usados neste trabalho, poderão ser, de forma sumária, traçadas as seguintes considerações finais, para cada um dos tópicos apresentados:

Morfologia dos filmes

Os filmes depositados apresentaram uma estrutura colunar bem definida e bastante uniforme;

A topografia dos filmes seguiu, praticamente na íntegra, a morfologia dos substratos;

Verificou-se a existência de aglomerados distribuídos aleatoriamente pela superfície dos filmes, mais intensos nuns casos do que em outros. Esta situação é atribuída aos parâmetros de deposição utilizados, assim como ao estado da superfície do substrato. Efectivamente, depressões ou picos na superfície do substrato, originam pontos de elevada energia e condições diferenciadas de acumulação das partículas atómicas de material provenientes dos alvos, o que provoca a formação dos referidos agregados;

As diferentes amostras usadas neste trabalho apresentaram estruturas mono e multicamada, entre as quais quatro nanoestruturadas com períodos que variaram entre λ=26.4 nm e λ=65.1 nm.

Rugosidade

Os seis filmes apresentaram valores de rugosidade média aritmética (Ra) compreendidos entre 0.033 e 0.061 µm e valores de rugosidade total (Rt) entre 0.276 e 0.635 µm. Atendendo a que a rugosidade da superfície do substrato era de 0.060 µm e de 0.365 µm, respectivamente para Ra e Rt, foi possível constatar que, em geral, a deposição dos filmes não interferiu de forma significativa com a rugosidade final das amostras.

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Espessura

A espessura de cada filme apresentou-se muito regular, sendo a diferença entre os valores da espessura dos diferentes filmes devida aos diferentes materiais uados como alvo possibilitarem diferentes taxas de deposição. Acresce a este facto a variação de potencial de polarização aplicado durante o processo de deposição, o qual, em determinados casos, originou que alternados de deposição / arrancamento de partículas. Os valores da espessura dos filmes utilizados variaram entre 1.3 e 4.5 µm..

Dureza / Módulo

Os filmes produzidos apresentaram valores de dureza entre 19.2 e 37.9 GPa e módulo de elasticidade reduzido entre 262 e 325 GPa.

Os três filmes que apresentaram dureza mais elevada corresponderam, à excepção da amostra 102 CrN/CrCN/DLC, aos filmes nanoestruturados.

Para todos os filmes, à excepção da amostra 103 TiAlSiN, foi verificado um incremento da dureza com o aumento do valor do rácio H/Er.

O filme de TiB2 foi o que apresentou dureza mais elevada devido à sua estrutura hexagonal, na qual os átomos de boro formam uma matriz com ligações covalentes.

Adesão

Os testes de adesão (scrath test) efectuados aos seis filmes revelaram valores de carga crítica (Lc1), correspondentes a falhas coesivas, entre 10 e 24 N e valores de (Lc2), correspondentes a falhas adesivas, entre 11 e 32 N.

Os modos de falha coesiva nem sempre foram verificados, como no caso dos filmes multicamada de CrN/CrCN/DLC (102) e TiAlCrN (106).

Dos seis filmes estudados, os que corresponderam aos quatro valores de menor carga crítica foram os nanoestruturados.

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Desgaste por micro-abrasão

Nos ensaios de micro-abrasão foram observados os mecanismos de abrasão a dois e a três corpos.

O volume total de material removido do substrato e das seis amostras, em função da distância de deslizamento, apresenta um comportamento praticamente linear, o que permite prever o desgaste ao fim de um determinado número de ciclos, recorrendo a linhas de tendência com coeficiente de regressão linear o mais próximo possível de 1.

As amostras revestidas, em ambiente industrial, apresentam uma resistência ao desgaste entre 25 e ~65 vezes superior à do substrato, com base no desgaste verificado ao fim de 90000 ciclos de injecção.

No caso dos provetes revestidos, o declive, dado pelas linhas de tendência, é substancialmente menor do que no caso do substrato, evidenciando, deste modo, a influência do filme na resistência ao desgaste por micro-abrasão. No entanto, será de esperar que esta tendência se esbata com o tempo, à medida que a perfuração do filme for aumentando, embora a área resistente do substrato também tenha o incremento correspondente.

A resistência ao desgaste do filme de TiB2 é substancialmente superior à dos restantes filmes ensaiados, sendo cerca de 2.2 vezes superior à verificada no filme de TiAlN e de cerca de 8.4 vezes superior à do CrN/TiAlCrSiN.

Nem sempre foi verificada uma relação directa entre o rácio Ha/H e o coeficiente de desgaste kc. Com efeito, a um maior valor de Ha/H correspondeu, para algumas amostras, um maior valor de resistência ao desgaste kc, enquanto para outras, correspondeu um menor. O filme de TiB2 (107), que revelou o menor rácio Ha/H, foi aquele que mostrou o menor valor de kc. Por outro lado, a

amostra 106 com o segundo menor rácio Ha/H, entre as seis amostras ensaiadas, apresentou o valor de kc mais elevado.

Desgaste em ambiente industrial

Não foram notórias marcas de desgaste abrasivo na superfície das amostras revestidas, como era inicialmente previsto. Efectivamente, o destacamento de partículas do revestimento faz-se a uma escala nanométrica, não deixando vestígios óbvios do contacto das fibras com a superfície.

Os filmes nanoestruturados exibiram uma resistência ao desgaste superior aos não nanoestruturados, correspondendo os mais resistentes aos de período (λ) mais elevado. Neste caso,

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e ao contrário dos ensaios de micro-abrasão, a diferença de dureza entre o filme e as partículas abrasivas é significativamente maior. Também a geometria da extremidade das fibras de vidro não pode ser comparável à geometria agressiva das partículas abrasivas de SiC. Logo, seria de esperar que estes resultados fossem significativamente diferentes dos obtidos na micro-abrasão, como, aliás, aconteceu.

À semelhança dos resultados obtidos nos ensaios de micro-abrasão, nestes ensaios o volume total de material removido dos seis filmes, em função da distância de deslizamento, apresenta um comportamento praticamente linear, o que permite prever o desgaste ao fim de um determinado número de ciclos, desde que não ocorra a perfuração do filme.

O filme que apresentou menor dureza (amostra 102 de CrN/CrCN/DLC) foi o segundo mais resistente ao desgaste. Neste filme, a camada de DLC no topo da estrutura multicamada, possuindo uma ligação idêntica à da grafite, visa essencialmente promover uma acção de lubrificação sólida, amortecendo o efeito do impacto de fibras de vidro com a superfície. No caso particular deste filme, foi notada uma degradação da camada de DLC, a qual se foi destacando com o impacto das fibras. No entanto, após a libertação da camada de DLC, o filme iria apresentar um comportamento idêntico a alguns dos restantes filmes utilizados.

A análise da Tabela 4-1 também permite observar que nem sempre foi possível estabelecer uma correlação entre os vários parâmetros tribológicos.

Tabela 4-1 Tabela resumo dos valores obtidos nos vários ensaios realizados neste trabalho

Amostra C a m a d a s Tipo de estrutura Ra [µm] kc-1 [Nm mm-3_] Lc [N] H [GPa] Er [GPa] H / Er [ ] H3 _{/ E} r2 [GPa] “vida” do filme em relação ao substrato 100 TiAlN 1 Monocamada 0.058 15,372 21 22.7 304 0.074 0.135 30.8 x 101 CrN/TiAlCrSiN 2 Nanoestruturadas 0.033 4,068 17 30.9 325 0.094 0.293 65.5 x 102 CrN/CrCN/DLC 3 Nanoestruturadas 0.054 2,683 11 19.2 288 0.067 0.085 58.2 x 103 TiAlSiN 1 Monocamada 0.061 3,141 24 21.8 262 0.082 0.160 25.0 x 106 TiAlCrN 1 Nanoestruturada 0.034 825 15 31.9 269 0.122 0.507 40.3 x 107 TiB2 1 Nanoestruturada 0.052 34,080 10 37.9 283 0.131 0.717 37.4 x

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Filme proposto para fins industriais

Como seria de esperar, qualquer um dos seis revestimentos ensaiados apresentou uma resistência ao desgaste muito superior ao substrato. No entanto, os dois filmes que exibiram melhor desempenho em condições reais de trabalho foram, por ordem decrescente, os filmes multicamada nanoestruturados 101 (CrN/TiAlCrSiN) e o 102 (CrN/CrCN/DLC).

Conforme referido anteriormente, o bom desempenho revelado pelo filme CrN/CrCN/DLC, apesar de possuir o menor valor de dureza dos seis filmes ensaiados neste trabalho, é devido à camada exterior de DLC, que lhe confere propriedades lubrificantes.

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