XXIII Encontro de Jovens Pesquisadores
Análise da influência de deutério no coeficiente de atrito de
filmes finos de carbono amorfo hidrogenado e/ou deuterado
PROBITI-FAPERGS
S.R.S. de Mello, C. D. Boeira, M.E.H. Maia da Costa, F.L. Freire Jr., C. A. Figueroa
Introdução
Resultados e discussões
Filmes finos de carbono amorfo (DLC) vêm atraindo cada vez mais a atenção na
área de pesquisa em engenharia de superfícies devido a suas excelentes
propriedades físicas e químicas. Dentre elas, pode-se citar a alta dureza, inércia
química e baixo coeficiente de atrito. A redução do coeficiente de atrito em
componentes metálicos como engrenagens, rolamentos e eixos, proporciona um
aumento relevante na eficiência energética de dispositivos e equipamentos.
A fim de compreender os mecanismos envolvidos no atrito, e dessa forma,
analisar o efeito isotópico dos filmes de DLC no coeficiente de atrito, estão
sendo estudados novos parâmetros na deposição dos filmes. Entre os novos
parâmetros, está a utilização de metano (CH4) e hidrocarbonato de deutério
(CD4) como gases precursores através da técnica de deposição química a vapor
assistida por plasma (PECVD).
Coeficiente de atrito em função da tensão de polarização
Na Figura 3a percebe se que conforme há aumento na tensão de polarização, a
uma variante no coeficiente de atrito, semelhante à uma função linear. No
gráfico referente ao ensaio com 1mN, há um valor mínimo no coeficiente de
atrito na tensão de 250 V e um máximo na tensão de 550 V. O oposto foi
observado na repetição do ensaio 1, onde o valor mínimo do coeficiente de
atrito está na tensão de 450 V e o máximo está presente na tensão de 250 V.
Objetivo
O trabalho tem como objetivo compreender o comportamento tribológico de
filmes finos de carbono amorfo deuterado e/ou hidrogenado.
Metodologia
Os experimentos foram desenvolvidos utilizando o silício, como substrato, e a
deposição dos filmes foi realizada através da técnica de deposição de PECVD
utilizando como mistura de gases precursores.
Figura 3 - Coeficiente de atrito em função da tensão de polarização das
deposições, aplicando uma força normal de (a) 1 mN e (b) 10 mN.
Na análise da Figura 3b foi constatado uma anormalidade nos valores do
coeficiente de atrito. Conforme se aumenta a tensão de polarização, há um
comportamento nos valores do coeficiente de atrito com tendência instável.
Coeficiente de atrito em função da concentração de deutério
Figura 1 - Sistema PECVD da PUC-Rio.
Tabela 1 - Classificação e parâmetros de deposição das amostras.
Amostra
D2
D7
D4
D5
D3
D11
D10
D9
Tensão de
polarização (V)
350
250
450
Mistura de gases precursores
Concentração de Concentração de
CH4 (%)
CD4 (%)
100
0
75
25
50
50
25
75
0
100
550
Os ensaios de coeficiente de atrito foram realizados em um nanotribômetro
NanoTest-600 (Figura 2). Foram realizados dois ensaios: (1) aplicando uma
força normal de 1 mN e (2) aplicando uma força normal de 10 mN, foi utilizado
em ambos os ensaios uma ponta cônica de diamante com ângulo de ataque de
90° e a trilha percorrida foi de 680 nm.
Figura 4 - Coeficiente de atrito em função da concentração de deutério no DLC,
aplicando uma força normal de (a) 1 mN e (b) 10 mN.
Na Figura 4a foi observado que o menor coeficiente de atrito está localizado
na concentração 75% de deutério. Os valores obtidos em relação ao
coeficiente de atrito na repetição são menores que os primeiros resultados,
porém a tendência permanece basicamente a mesma, salvo a amostra D7.
Além disso, percebe-se que os coeficientes de atrito para as amostras com
100% de deutério (D3) e 100% de metano (D2) apresentaram valores muito
semelhantes.
Na medição feita com 10 mN, Figura 4b, o maior coeficiente de atrito aparece
na concentração de 25% de deutério, o valor mínimo ocorreu em 50%. Os
valores de coeficiente de atrito para 0% e 100% não ficaram semelhantes
como ocorreu nos testes de 1mN, aplicando 10 mN foi verificado que o
coeficiente de 100% ficou inferior ao de 0%.
Considerações finais
Os resultados obtidos confirmam há influência da concentração de deutério na
redução do coeficiente de atrito dos filmes de DLC. Esse efeito do deutério
está sendo discutido com base em modelos fonônicos.
Referências
J. Robertson. Materials Science and Engineering R 37 (2002) 129-281.
M.E.H. Maia da Costa e F.L. Freire Jr. Surface & Coatings Technology 204,
(2010) 1993-1996.
Agradecimentos
Figura 2 - Nanotribômetro NanoTest - 600 da MicroMaterials.