Texturização a laser realizada em metal duro

ARROYO (2009), utilizando o laser de CuHBr em cinco diferentes níveis de intensidade definidos no intervalo de 137 a 410 MW/cm-2 e número de texturizações crescendo

exponencialmente de 2 a 256, gerou quarenta diferentes estados de superfície texturizadas em substrato de metal duro. Quando submetido à texturização, a morfologia do metal duro variou de acordo com a intensidade do feixe. Assim, foi possível controlar a rugosidade da superfície e produzir uma grande diversidade de topografias e estruturas de superfície através da intensidade e/ou da quantidade de pulsos do laser.

A figura 2.11 mostra a variação da morfologia da superfície em função intensidade de do laser na texturização.

Na intensidade mais baixa a ablação de material foi quase imperceptível( figura 2.11b e figura 2.11c). A intensidade de 273 MW/cm2 provocou a formação de estruturas alinhadas com o deslocamento do feixe, uniformes de picos e vales superpostas com a presença de materiais solidificados e a formação de poros que sugerem abandono de gases a partir da superfície (figura 2.11d). Com intensidade de 308 MW/cm2 canais orientados com o deslocamento do feixe tornam-se muito mais evidentes (figura 2.11e). Com intensidade de 410 MW/cm2 a morfologia da superfície apresentou-se muito irregular figura (2.11f), resultado de violenta ablação (ARROYO, 2009).

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Figura 2.11 Efeito da intensidade do laser sobre a superfície de metal duro (ARROYO, 2010a). (a) superficie padrão sem texturização. (b) superficie texturizada com irradiância de 137 MW/cm2. (c) superficie texturizada com irradiância de 239 MW/cm2. (d) superficie texturizada com irradiância de 273 MW/cm2. (e) superficie texturizada com irradiância de 308 MW/cm2. (f)

superficie texturizada com irradiância de 410 MW/cm2.

Mantida intensidade fixa no valor I0 = 273 MW/cm-2 o aumento do numero de texturizações

leva a uma formação de trilha na direção de avanço do feixe sobre a superfície, formando numerosos furos de sopro e com bordas paralelas formadas pelas ondas de material fundido deslocado e solidificado aos lados. A figura 2.12 mostra o efeito do número de texturizações na morfologia da superfície do substrato.

No substrato tratado com 256 pulsos (figura 2.12f) formou-se uma estrutura de fileiras de furos de periodicidade aproximadamente igual à distância entre centros da aplicação de pulsos sequenciais. O elevado número de texturizações pode explicar a formação destes furos, devido à intensa reflexão da energia laser no fundo dos vales formados inicialmente, produzindo vaporização localizada e ejeção de material pela pressão de retrocesso. Também é possível que

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algumas bolhas provenientes da região abaixo da camada fundida tenham produzido tal aparência (ARROYO, 2009).

Figura 2.12 Comparação do efeito do número de pulsos (texturizações) na morfologia da superfície de metal duro (ARROYO, 2010a). (a) Superficie de referência. (b) 16 texturizações.

(c) 32 texturizações. (d) 64 texturizações. (e) 128 texturizações (f) 256 texturizações.

A análise por difração de raio-X de substratos de metal duro texturizados a laser, com diferentes densidades de potência (Io = 137, 239, 273, 308 e 410 MW/cm², com o número de 32

texturizações mantido constante) e com densidade de potência fixa de 273 MW/cm² com diferentes números de texturizações (qp = 16, 32, 64, 128 e 256), mostrou que houve o aparecimento e posterior incremento na altura e na quantidade de picos de fases que indicam uma perda de carbono pelo substrato em função da interação com o laser. Essas mudanças se deram pela formação de fases de carbetos não-estequiométricos β-WC1-x, α-W2C e W3C na camada

superficial dos substratos, uma vez que a superposição de pulsos de laser pode aumentar o efeito térmico acumulado que ocasionaria a transformação de fase do carbeto de tungstênio WC (ARROYO, 2009).

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A textura jateada é caracterizada pelo seu aspecto “randômico” e a textura laser caracterizada pela distribuição semi-ordenada de picos e vales; o substrato modificado por jateamento apresenta uma menor rugosidade em relação ao substrato tratado com laser. O processo de deposição PVD dos revestimentos aumenta os parâmetros de amplitude dos dois substratos, jateado e laser. A textura jateada é mais isotrópica do que a textura provocada pelo feixe de laser. A superfície do substrato de metal duro após o jateamento apresenta uma isotropia de 75,4 %, enquanto que a superfície do substrato de metal duro após a modificação por feixe de laser apresenta uma isotropia de 38,7% A textura da superfície jateada apresenta uma direcionalidade aleatória, enquanto que as superfícies texturizadas com laser apresentam uma direcionalidade da textura próxima dos 30° e 60°, revelando assim as posições de varredura do laser. O feixe de laser provoca uma maior direcionalidade da textura superficial do substrato em relação ao jateamento (VIANA, 2009).

A figura 2.13 mostra a perfilometria das superfícies dos substratos jateados (figura 2.13a) e texturizados (figura 2.13b) antes da aplicação do filme.

Figura 2.13 Perfilometria tridimensional das superficies dos substratos. (a) substrato sem revestimento jateado. (b) substrato sem revestimento texturizado com laser. (VIANA, 2009).

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Na texturização a laser pode-se observar os sentidos de direcionalidade do feixe na superfície. A perfilometria realizada após a aplicação dos revestimentos PVD apenas amplificou a característica de direcionalidade

Os ensaios de indentação Rockwell mostraram que a modificação superficial do substrato de metal duro por feixe de laser, anterior ao processo de deposição PVD, melhora a adesividade dos revestimentos quando comparado ao processo de jateamento. As áreas de delaminação dos revestimentos depositados nas ferramentas texturizadas a laser foram menores do que as áreas de delaminação dos revestimentos depositados nas ferramentas jateadas Nas ferramentas jateadas, a delaminação dos revestimentos ocorre de maneira contínua nas bordas das indentações, ao passo que nas ferramentas texturizadas a laser, a delaminação dos revestimentos ocorre em pontos isolados (VIANA, 2009).

Nos ensaios de risco com carga progressiva as falhas dos revestimentos depositados sobre as ferramentas jateadas foram inteiramente de natureza adesiva, com a delaminação contínua dos filmes nas bordas das trilhas de desgaste. Já para as ferramentas texturizadas a laser as falhas dos revestimentos estão associadas, principalmente, ao lascamento dos revestimentos, ora com exposição do substrato de metal duro, ora apenas com a descamação do revestimento (VIANA, 2009).

A análise por difração de raio-X de substratos de metal duro texturizados a laser com irradiância de 683 MW/cm² comparada com a ferramenta jateada pode ser vista na figura 2.14. A Figura 2.14a mostra somente picos de energia correspondentes à presença de WC na superfície da ferramenta jateada. Já a figura 2.14b mostra picos de energia de WC e de óxido de cobalto CoO. Pode-se dizer que o jateamento foi mais eficiente na remoção do cobalto do que o laser, e o cobalto presente na superfície das ferramentas não é um fator preponderante para a adesividade dos revestimentos testados (VIANA, 2009).

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Figura 2.14 Difração de raios x de superfície de metal duro (a) superficie jateada. (b) superficie texturizada laser (VIANA, 2009).