COMPORTAMENTO TRIBOLÓGICO DO AÇO SAE 10B30 REVESTIDO COM TiO 2 DEPOSITADO POR PLASMA Por: André Luiz Leite Orientador: Prof. Dr. Júlio César Giubilei Milan UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM 27/07/2012 Dissertação de Mestrado André Luiz Leite 1
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COMPORTAMENTO TRIBOLÓGICO DO AÇO SAE 10B30 REVESTIDO COM
TiO2 DEPOSITADO POR PLASMA
Por: André Luiz Leite
Orientador: Prof. Dr. Júlio César Giubilei Milan
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM
27/07/2012
Dissertação de Mestrado
André Luiz Leite 1
Sumário
• Objetivo
• Motivação
• Revisão Bibliográfica
• Materiais e Métodos
• Resultados
• Conclusões
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•Objetivo • Motivação
• Revisão Bibliográfica
• Materiais e Métodos
• Resultados
• Conclusões
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Objetivo
Estudar a adesão e o desgaste de filmes de dióxido de titânio (TiO2) depositados por Triodo Magnetron Sputtering sobre o aço SAE 10B30.
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• Objetivo
•Motivação • Revisão Bibliográfica
• Materiais e Métodos
• Resultados
• Conclusões
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Motivação
• Filmes de TiO2 possuem atividade fotocatalítica, e essa atividade podem variar com estímulos mecânicos (Straka, Kawakami et al. 2009).
• Essa variação da atividade fotocatalítica pode ser utilizada em componentes inteligentes, que poderiam utilizar da variação da atividade fotocatalítica para emitir/gerar algum sinal para controle ou alerta.
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Motivação
• Na aplicação no campo, o componente pode
estar exposto ao desgaste
• O conhecimento do coeficiente de atrito da superfície é importante
• Para o sucesso da aplicação é fundamental que o
filme de TiO2 tenha boa adesão ao substrato.
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• Objetivo
• Motivação
•Revisão Bibliográfica • Materiais e Métodos
• Resultados
• Conclusões
Revisão Bibliográfica
• Tribologia:
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Τριβοξ (tribos) = esfregar
“Ciência e a tecnologia de superfícies interagindo em movimento relativo” (HUTCHINGS, 1992)
Amostra h para mHV0,5 (µm) h para mHV0,01 (µm) Esp. Camada (µm) % da espessura
ST 10,83 - 0 N/A
Nit10 8,01 0,93 1,19 78%
Nit80 7,26 0,81 2,30 35%
ST+TiO2 - 1,33 0,63 211%
Nit10+TiO2 - 1,03 1,19 + 0,63 56% / 163%*
Nit80+TiO2 - 0,98 2,3 + 0,63 33% / 156%*
Os valores de dureza representam um valor global, camadas mais substrato
h > 10% da espessura
Resultados – Perfil de Dureza
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Resultados - Rugosidade
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Amostra Rugosidade Ra média (µm)
ST 0,070±0,038
Nit10 0,213±0,131
Nit80 0,223±0,005
ST+TiO2 0,207±0,068
Nit10+TiO2 0,145±0,047
Nit80+TiO2 0,232±0,059
Resultados – Coeficiente de Atrito
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Contra Aço AISI 52100
ST
Nit10
Nit80
TiO2 Nit80
Resultados – Coeficiente de Atrito
Contra Alumina – 100 m Contra Alumina – 200 m
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Resultados – Coeficientes de atrito
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ST – 200 m
TiO2+Nit10 – 200 m TiO2+Nit10 – 200 m TiO2+ST – 200 m
Nit80 – 200 m Nit10 – 200 m
Contra corpo de Alumina
Resultedos - Desgaste
VMR 100 m VMR 200 m
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Resultados – Desgaste
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Coeficiente de desgaste dimensional (Ks)
Resultados – Pistas de Desgaste
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(a) Pista de desgaste ST x AISI 52100
(b) Adesão
(c) Abrasão
Resultados – Pistas de Desgaste
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• Nit10 x AISI 52100
Resultados – Pistas de Desgaste
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(a) Pista de desgaste Nit80 x AISI 52100
(b) Adesão
(c) Detalhe Adesão
Resultados – Pistas de Desgaste
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(a) Pista de desgaste Nit80+TiO2 x AISI 52100
(b) Adesão
(c) Detalhe adesão
Resultados – Pistas de Desgaste
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ST Nit80 Nit10
Contra-corpo de alumina – 200 m
Resultados – Pistas de Desgaste
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(a) Pista de desgaste ST+TiO2 x alumina
(b) Abrasão
(c) Adesão
Resultados – Pistas de Desgaste
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(a) Pista de desgaste Nit10+TiO2 x alumina
(b) Detalhe da pista
Material aderido
na borda da
pista
Abrasão
Desplacamento
Resultados – Pistas de Desgaste
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(a) Pista de desgaste Nit80+TiO2 x alumina
(b) Detalhe pista
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• Objetivo
• Motivação
• Revisão Bibliográfica
• Materiais e Métodos
• Resultados
•Conclusões
Conclusões
• Melhor adesão de TiO2: Duplex Nit10 + TiO2
• Pior adesão de TiO2: Deposição de TiO2 direto no aço
• Ambas nitretações formam camada branca bem aderidas
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Conclusões
• A Nitretação causou aumento de rugosidade
• TiO2 depositado sobre aço também causou aumento da rugosidade
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Conclusões
• A nitretação causou aumento do coeficiente de atrito (contra alumina)
• Em deslizamento contra aço, nenhum dos tratamentos causou redução do coeficiente de atrito
• A deposição de TiO2 não causou grande alteração do valor do coeficiente de atrito, apenas no duplex TiO2+Nit10 observa-se pequena redução do valor do coeficiente de atrito
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Conclusões
• Menor coeficiente de desgaste: Nit10 (menor adesão)
• A deposição de TiO2 aumenta a resistência ao desgaste se comparada com a amostra sem tratamento
• Em nenhuma das condições foi possível um filme de TiO2 com boa resistência ao desgaste para longas distâncias
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Conclusões
• Para aplicações onde não ocorrem “grandes distâncias de deslizamento” o duplex TiO2+Nit10 possui a melhor resistência ao desgaste e adesão.
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Algumas referências
• STRAKA, L. et al. Effect of substrate deformation on functional properties of atomic-layer-deposited TiO2 coatings on stainless steel. Thin Solid Films, 517, 2009. 3797–3805.
• HUTCHINGS, I. M. Tribology: Friction and Wear of Engineering of Materials. 1ª. ed. Londres: Arnold, v. I, 1992.
• HOLMBERG, K.; MATTHEWS, A. Coatings Tribology Properties: Mechanisms, Techniques and Applications in Surface Engineering. 2ª. ed. Amsterdam: Elsevier, v. 56, 2009.
• O'BRIEN, J. M.; GOODMAN, D. Plasma (Ion) Nitriding of Steels. In: ASM INTERNATIONAL ASM Handbook: Heat Treating. [S.l.]: ASM Internationa, v. 4, 1991. p. 944-954
• DIEBOLD, U. The surface science of titanium dioxide. Surface Science Reports, 48, Jan. 2003. 53-229.
• VEREIN DEUTCHER INGENIEURE. VDI 3824: Quality assurance of PVD and CVD hard coatings. Düsseldorf: [s.n.], v. 4, 2001.
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MUITO OBRIGADO
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COMPORTAMENTO TRIBOLÓGICO DO AÇO SAE 10B30 REVESTIDO COM TiO2
DEPOSITADO POR PLASMA
• Por: André Luiz Leite
• Orientador: Prof. Dr. Júlio César Giubilei Milan
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM