Ensaio de desgaste (esfera contra disco)

A variação do coeficiente de atrito com a distância de deslizamento é mostrada na Figura 5.7.1 para o aço 316L sem revestimento e com revestimentos de TiN, TiCN e DLC. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 10 20 30 40 50 60 70 Distância de Deslizamento (m) C o ef ic ie nt e d e A tri to 316L TiN TiCN DLC Ensaio Interrompido TiN Ensaio Interrompido 316L

Figura 5.7.1. Variação do coeficiente de atrito com a distância de deslizamento para o aço 316L sem revestimento e com revestimentos de TiN, TiCN e DLC.

É preciso chamar a atenção a dois fatos mostrados na Figura 5.7.1. O primeiro é relativo ao aço inoxidável 316L sem revestimento. Seu coeficiente de atrito teve um aumento contínuo no início do ensaio até que houve uma interrupção prematura quando a distância percorrida era de aproximadamente 6m. Tal distância é equivalente a um período de teste entre 1 e 2 minutos. A interrupção foi intencionalmente provocada pelo operador do equipamento de ensaio de desgaste. Esta atitude foi tomada porque houve uma trepidação

excessiva da máquina em função do atrito intenso entre a esfera e o disco, resultando no arrancamento de material do disco pela esfera. Tomou-se a decisão, portanto, de interromper o teste, preservando o funcionamento da máquina. O segundo ponto a ser comentado é relativo ao disco de aço 316L com revestimento de TiN. Como observado na Figura 5.7.1, o teste foi interrompido quando a distância de deslizamento era de aproximadamente 55m, o que equivale a um período de ensaio entre 6 e 7 minutos. O coeficiente de atrito apresentado pelo filme de TiN durante este período de tempo teve uma oscilação significativa, alcançando picos de máximo entre 0,6 e 0,7. A interrupção do teste se deu pelo mesmo motivo associado ao aço sem revestimento, ou seja, houve uma trepidação constante e excessiva do equipamento em razão do atrito entre a esfera e o disco com revestimento de TiN. A fim de preservar a integridade do equipamento, decidiu-se pelo encerramento prematuro do teste.

Ainda sobre a Figura 5.7.1, verifica-se que o coeficiente de atrito dos revestimentos de TiCN e DLC apresentam uma variação menos brusca ao longo do teste, além de valores mais baixos em relação ao aço sem revestimento e com revestimento de TiN. Assim, para estas duas camadas os ensaios não foram interrompidos, prosseguindo até o tempo total de 30 minutos, correspondente a uma distância de deslizamento de 289m. As curvas completas referentes ao aço com revestimentos de TiCN e DLC são mostradas na Figura 5.7.2.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 50 100 150 200 250 Distância de Deslizamento (m) C o efic ie n te d e A t TiCN DLC ri to

Figura 5.7.2. Variação do coeficiente de atrito com a distância de deslizamento para o aço 316L com revestimentos de TiCN e DLC. Curvas completas.

O revestimento de DLC apresentou o menor coeficiente de atrito. Este fato era esperado e está relacionado a uma resistência ao desgaste mais elevada deste tipo de filme. Como observado na seção 5.6, a camada de DLC apresentou o valor mais alto para relação H/E entre os três tipos de filmes PVD. Segundo a literatura, quanto mais alta esta relação maior a resistência ao desgaste associada ao material (Leyland e Matthews 2000; Batista et al. 2003).

Do mesmo modo, o revestimento de TiCN apresentou o segundo valor mais baixo de coeficiente de atrito. Na seqüência, o coeficiente de atrito do TiN foi o mais alto entre os três revestimentos PVD. Esta característica indica que sua resistência ao desgaste é a menor entre as camadas avaliadas. A associação com o valor da relação H/E mostrada na Tabela 5.6.1 confirma, assim, os dados da literatura, ou seja, o filme com menor relação H/E (TiN) apresentou o maior coeficiente de atrito. Embora as diferenças relativas à variação do coeficiente de atrito sejam evidentes entre os três tipos de camadas PVD avaliadas, possibilitando uma classificação com base em sua capacidade de aumento da resistência ao desgaste do substrato metálico, os danos provocados pela esfera de nitreto de silício nos filmes não foram significativos, especialmente para o TiCN e o DLC. Quando a superfície de cada disco foi observada em um microscópio ótico, após os ensaios, verificou-se que a pista de desgaste, para os filmes de TiCN e DLC, apresentava degradação menos intensa quando comparada com aquela produzida pelo atrito da esfera contra o filme de TiN. Além disso, o tempo de ensaio foi consideravelmente mais curto no caso do disco revestido com TiN. Estes fatores refletem o coeficiente de atrito mais elevado do TiN em relação aos demais filmes PVD, conforme mostrado na Figura 5.7.1. Takadoum et al. (1996) encontraram resultados semelhantes para a resistência ao desgaste de filmes de TiN, TiCN e DLC, ou seja, o pior comportamento foi verificado para o TiN. Donnelly et al. (2000), investigando as propriedades mecânicas e tribológicas de filmes de TiCN e TiN, mostraram que o coeficiente de atrito do TiCN é mais baixo que o do TiN. Na literatura, o desempenho superior do TiCN e do DLC é associado à presença de carbono que age como um lubrificante, diminuindo o atrito e o desgaste (Vancoille et al. 1993; Bergmann et al. 1990). As micrografias

óticas obtidas para o aço 316L sem revestimento e com revestimentos de TiN, TiCN e DLC, após o ensaio de desgaste são mostradas nas Figuras 5.7.3 a 5.7.7.

É importante ressaltar que o aço 316L sem revestimento apresentou um comportamento sob atrito inferior quando comparado ao aço com qualquer um dos revestimentos. A deterioração verificada na pista de desgaste deste material, após o ensaio (Figura 5.7.3), foi muito mais acentuada em relação às amostras revestidas com TiN, TiCN e DLC. Este comportamento indica que os filmes PVD avaliados são eficientes para promover um aumento da resistência ao desgaste do aço 316L. Mesmo a camada de nitreto de titânio, a qual teve um desempenho ruim quando comparada aos outros dois filmes PVD, suportou um período mais longo de ensaio do que o aço 316L sem revestimento, indicando que também melhora a resistência ao desgaste deste material. Tal propriedade é essencial quando se considera o uso de um material em aplicações ortopédicas.

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