nanotecnologia para motores eficientes e usinagem
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Nanotecnologia para Motores Eficientes e Usinagem
“Nanotribologia: Conceitos e Aplicações”
Prof. Dr. Carlos A. Figueroa - cafiguer@ucs.br
Laboratório de Engenharia de Superfícies e Tratamentos TérmicosUniversidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul-RS, Brasil
Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (Seção Caxias do Sul)
Plasmar Tecnologia - Equipamentos e processos de modificação de superfícies por plasmaCaxias do Sul-RS, Brasil - www.plasmartecnologia.com.br
O que é Nanotribologia?
1 nm = 10-9 m
Uma ligação química padrão possui um comprimento de 0,15 nm
É a ciência e engenharia da interaçãode superfícies em movimento relativo.
Inclui o estudo e aplicação dos princípios de atrito, lubrificação e desgaste.
Então, a nanotribologia envolve o estudo dos fenômenos que acontecem na interação de duas superfícies em movimento relativo
considerando as forças e efeitos do mundo atômico.
Cuidado: como qualquer área de nanotecnologia, os fenômenos a nívelnanoscópico são geralmente diferentes dos fenômenos a nível macroscópico.
Aplicações 1: Revestimento DLC (diamond-like carbon)Onde se aplica DLC atualmente ?
Cabeçote de leitura e superfície do HD
Motores de competição
Folhas para máquina de barbear
Vidros:Leitora de código
de barras
Que é Diamond-Like Carbon ?
É um material composto de carbono do tipo sp3 e sp2
Diamante
C-sp3
Material natural mais duro (10.000 HV)
Grafite (lápis)
C-sp2
Excelente lubrificante sólido
PROPRIEDADES DO MATERIAL (DLC)
Dureza (Vickers) 1.000-3.000 (ajustável)
Temperatura do processo de deposição 150°C
Coeficiente de atrito 0,1 – 0,01 (depende do conteúdo de H e lubrificante)
Espessura do revestimento 0,001-10 µm
Temperatura máxima de trabalho 300°C
Resistência química Quimicamente inerte: não reage com ácido nem com álcali.
Resistência elétrica 106-1012 ohm-cm (isolante)
Acabamento do revestimento Idêntico ao substrato
C. Donnet e A. Erdemir, Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Ed. Springer (2008)
(*)http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html
Exemplo de DLC em motores (Nissan Motors) – mecanismo de ação(*)
Exemplo de DLC em motores – mecanismo de ação(*)
(*)http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html
Aplicações 2: Revestimento Si3N4 para usinagem a seco
Broca com revestimento protetor para usinagem a seco
No caso do Si3N4, ainda não existe uma explicação do mecanismo de
ação.
Atualmente na UCS e dentro das atividades do INES, estamos pesquisando esse sistema.
Tratamento Termo-Oxidativo (TTO)
Si3N4 obtido por magnetronsputtering
Si3N4 obtido por magnetronsputtering
Tratamento com 18O2Tratamento com 18O2
4 hora a 100 mbar4 hora a 100 mbarTemperaturas deTemperaturas de
500oC500oC 1000oC1000oC
Simula as condições de trabalho real
Simula as condições de trabalho real
0 100 200 300 400 50016
17
18
19
20
21
22
23
Sem TT
TT 500oC
TT 1000oC
Du
reza (
GP
a)
T empertura de Deposição (oC )
Nanodureza antes e após TTO
A dureza não muda após 4 h a 1000oC
0 5 10 150
20
40
60
80
100 Padrão SiO2
Temp. Amb. TT 1000oC
D300oC TT 1000oC
D500oC TT 1000oC
Temp. Amb. TT 500oC
D300oC TT 500oC
D500oC TT 500oC
18
O (
%)
Profundidade (nm)
Perfil de oxigênio no revestimento
Si
Si3N4
SiNxOy
Revestimento parcialmente oxidado e em seção transversal depositado
sobre silício
1000º C = 7-8 nm
500º C = 3-4 nm
NanoTribômetro
NanoDureza e módulode elasticidade
Célula de líquidos(Ex. lubrificante)
NanoDesgaste eNanoScratch
(Ex. Adesão e atrito)
Módulo de alta temperaura (até 550oC)
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