Estudo do comportamento tribológico de revestimentos do tipo W-Ti-N

Abstract

Um dos revestimentos mais promissores desenvolvidos no âmbito das atividades do CEMUC / IPN para aplicações mecânicas, onde se pretende elevada dureza e baixo coeficiente de atrito, é o sistema W-Ti-N. Foi otimizada a deposição deste sistema tendo sido selecionados dois revestimentos, depositados com diferentes fluxos de azoto, para estudo do comportamento tribológico em ambientes com diferentes temperaturas. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento tribológico destes dois revestimentos e relacionar os resultados com as suas caraterísticas. Os revestimentos foram produzidos por pulverização catódica em magnetrão no modo reativo. Após a caracterização da composição química, estrutura e propriedades mecânicas dos revestimentos, o estudo foi focado na realização de ensaios do tipo SRV na configuração de pino-disco. Depois do ensaio tribológico, as amostras foram caraterizadas no sentido de compreender os mecanismos de atrito e desgaste. Foi verificado que a diferente composição química não induziu variações estruturais significativas nem grandes diferenças nos valores de coesão/adesão dos revestimentos ao substrato. Por outro lado, os valores de dureza do revestimento com menor teor de azoto foram maiores, 31 GPa contra 25 GPa do outro revestimento o que, de algum modo, influenciou o comportamento tribológico. Com efeito, verificou-se que, nas condições ensaiadas, não existe uma redução do coeficiente de atrito face a soluções não revestidas. Os resultados da amostra com menor teor em azoto foram melhores, já que o coeficiente de atrito é na maior parte dos casos ligeiramente inferior. Já no comportamento ao desgaste, há uma clara vantagem na utilização dos revestimentos com uma diminuição significativa do coeficiente de desgaste em relação às amostras não revestidas. Uma vez mais, o revestimento com menor teor em azoto obteve um melhor resultado. Palavras-chave: , ,,

Within the activities of CEMUC / IPN, one of the most promising coatings developed for mechanical applications, where high hardness and low friction are required, is from the W-Ti-N system. The deposition of this system was recently optimized and two coatings deposited with different nitrogen fluxes have been selected for studying the tribological behavior in lubricated conditions at increasing temperatures. Therefore, the objective of this work was to study the tribological behavior of these two coatings and to relate the wear and friction results to their characteristics. The coatings were deposited by magnetron sputtering in reactive mode. Firstly the coatings were characterized concerning chemical composition, structure and mechanical properties. Then, the study was focused on the tribological testing by SRV. After testing, the samples were analyzed in order to understand the mechanisms of friction and wear. It has been found that the different chemical composition did not induce significant structural changes or large differences in the adhesion of the coating to the substrate. On the other hand, the hardness decreased slightly for the coating with higher nitrogen content, which influenced the tribological behavior. Generally, there was no improvement in the friction coefficient comparing with uncoated samples. The harder coating showed better results, since the value of friction is slightly lower. On the other hand, the wear is much lower in coated samples when compared to uncoated ones. Again, the harder coating achieved a better result.