Transição do comportamento mecânico das macropartículas em um revestimento WC/C durante ensaios de riscamento (2019)
- Authors:
- Autor USP: BERNARDES, CASSIANO FERREIRA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: REVESTIMENTOS; SISTEMAS MECÂNICOS
- Agências de fomento:
- Language: Português
- Abstract: A demanda por sistemas mecânicos mais eficientes implica no desenvolvimento de novas características de materiais e superfícies que reduzam o coeficiente de atrito ao mesmo tempo que mantenham a durabilidade dos componentes. Uma forma de se obter melhor desempenho é pelo uso de revestimentos cerâmicos de elevada dureza, tais como revestimentos a base de carbono, nitretos e sulfetos. Revestimentos a base de carbono podem ser projetados para reduzirem o atrito entre as superfícies ao mesmo tempo em que apresentam boa resistência ao desgaste. Em geral, os processos de deposição destes revestimentos produzem defeitos na microestrutura que podem prejudicar seu desempenho. Variações durante o processo de deposição ou irregularidades na superfície do substrato podem levar à formação de defeitos de crescimento, como a formação de macropartículas. Em revestimentos produzidos por técnicas de deposição física de vapor (PVD), essas macropartículas podem ser identificadas como defeitos que ocorrem durante o crescimento do filme e apresentam uma variação localizada das estruturas colunares da microestrutura do filme. Essa variação resulta em uma interface discreta, a qual pode levar a uma perda localizada de propriedades mecânicas do revestimento. Este trabalho apresenta o estudo do comportamento mecânico dessas macropartículas quando são submetidas a esforços induzidos por ensaios de riscamento com diferentes cargas normais. Foram utilizados substratos de aço AISI H13 em formato de discos para a deposição de um revestimento comercial a base de carboneto de tungstênio e carbono amorfo (WC/C). Camadas intercaladas de WC e carbono amorfo foram depositadas utilizando a técnica PVD. As propriedades mecânicas do revestimento e das macropartículas foram avaliadas pela combinação de análises de indentação instrumentada (Hysitron Ti950 da Bruker Inc.) e simulações numéricas,utilizando o pacote de elementos finitos Abaqus ® produzido pela Dassault Systèmes. As técnicas de difração de raios-X (XRD), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia de varredura por sonda (SPM) foram utilizadas para caracterizar a microestrutura e a topografia das amostras. As análises de XRD e XPS indicaram a presença de fases cristalinas do tipo WC1-x. Já o uso da técnica SPM permitiu observar que as macropartículas apresentaram formato esférico na superfície do filme, com alturas de até 1,5 µm. Imagens de SEM da seção transversal do revestimento revelaram macropartículas com formato cônico na porção abaixo da superfície do filme até a interface com o substrato. A análise combinada numérico/experimental de indentação instrumentada indicou durezas de, aproximadamente, 10 GPa para o revestimento e 5 GPa para as macropartículas. Os resultados dos ensaios de riscamento, realizados em um tribômetro UMT-2 da Bruker Inc., mostraram que a carga normal pode induzir diferentes comportamentos mecânicos das macropartículas. Para baixas cargas normais, as macropartículas apresentaram deformação residual e/ou fragmentação. Quando foram aplicadas cargas elevadas, as macropartículas foram destacadas do filme, resultando em cavidades com profundidades que atingiram o substrato. Assim, foi observada uma transição no comportamento mecânico das macropartículas em função da carga aplicada à superfície do filme. Esses comportamentos mecânicos estão associados ao limite de resistência na interface entre as estruturas colunares, em que a ocorrência dos modos deformação e fragmentação pressupõe que a interface entre o revestimento e a macropartículaficou intacta após a passagem do riscador. Já no caso do destacamento das macropartículas, os esforços induzidos pelo riscador foram suficientes para produzir a falha dessa interface, destacando a região cônica da macropartícula antes da passagem do riscador. Esse comportamento foi reproduzido por simulações numéricas do ensaio de riscamento, nas quais foi observado o limiar de carga normal necessário para falhar a interface entre a macropartícula e o revestimento. Assim, foi possível observar neste trabalho que as macropartículas apresentam propriedades mecânicas diferentes do revestimento; o crescimento dessas macropartículas leva a formação de uma interface entre regiões com propriedades mecânicas diferentes e, quando submetida a esforços mecânicos de riscamento, as macropartículas podem ser deformadas, fragmentadas ou destacadas do revestimento, resultando em uma possível perda de desempenho do componente.
- Imprenta:
- Data da defesa: 08.08.2019
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ABNT
BERNARDES, Cassiano Ferreira. Transição do comportamento mecânico das macropartículas em um revestimento WC/C durante ensaios de riscamento. 2019. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2019. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22102019-112204/. Acesso em: 24 abr. 2024. -
APA
Bernardes, C. F. (2019). Transição do comportamento mecânico das macropartículas em um revestimento WC/C durante ensaios de riscamento (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22102019-112204/ -
NLM
Bernardes CF. Transição do comportamento mecânico das macropartículas em um revestimento WC/C durante ensaios de riscamento [Internet]. 2019 ;[citado 2024 abr. 24 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22102019-112204/ -
Vancouver
Bernardes CF. Transição do comportamento mecânico das macropartículas em um revestimento WC/C durante ensaios de riscamento [Internet]. 2019 ;[citado 2024 abr. 24 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-22102019-112204/
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