Painel PEMM 2011 – 10 e 11 de novembro de 2011 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Ensaio de tração como forma de avaliação da adesão de filmes de DLC a substratos de aço carbono

Ricardo Assunção Santos*, Sérgio S. Camargo Jr.

*ricardo@metalmat.ufrj.br

Laboratório de Recobrimentos Protetores, PEMM-COPPE-UFRJ

CP 68505, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ

Resumo Esse trabalho investiga a possibilidade de avaliar a adesão de filmes de DLC em substratos de aço carbono por meio da observação do aparecimento de trincas após ensaios de tração do sistema substrato/filme. Após o ensaio a superfície foi analisada por microscopia ótica e eletrônica de varredura. Foi observado que: (1) para efetuar o ensaio a garra da máquina de tração não pode estar em contato com a superfície recoberta pelo DLC uma vez que esta apresentar baixo coeficiente de atrito (2) após o ensaio filme apresenta trincas que podem ser analisadas por microscopia. Palavras-chave: Recobrimento, DLC, adesão, ensaio tração deformação, trinca. Introdução Esse trabalho investiga como avaliar a adesão de filmes de DLC em substratos de aço carbono por meio de ensaio de tração. Filmes de carbono amorfo do tipo diamante, conhecidos como DLC (sigla para a expressão em inglês “diamond like carbon”), são materiais a base carbono, obtidos na forma de filme fino (1 a 15 microns de espessura), com uma série de propriedades interessantes como: alta dureza, baixo coeficiente de atrito, alta resistência ao desgaste, inércia química. A utilização dos filmes DLC abrange diversos campos, dentre os quais, podemos destacar seu uso como recobrimentos protetores contra o desgaste e à corrosão.[1,2] A adesão do recobrimento ao substrato é imprescindível para que este cumpra as funções de proteger e melhorar as propriedades da superfície do material. A adesão é um fenômeno complexo e para medi-la existem diferentes técnicas como: teste de risco, “pull off”, dobramento, entre outros. Para cada sistema recobrimento/substrato existe uma técnica mais adequada. No caso de filmes de DLC, que possuem altos valores de dureza (~20GPa) e adesão - a técnica adequada é o teste de risco. Nesta técnica mede-se o valor da carga crítica, isto é, aquela que provoca o desplacamento do filme quando aplicada a uma

ponta que desliza sobre a superfície deste. No entanto não podemos a partir de valores da carga crítica determinar qual será o estado de tensão crítico que provocará falha de adesão do revestimento. Desta forma o ensaio de tração aparece como técnica complementar que possibilita identificar o valor do limite máximo de tensão em que não ocorre falha de adesão do filme ao substrato. Materiais e métodos Os filmes de DLC foram depositados pela técnica de deposição química por vapor assistida por plasma, ou PECVD (sigla em inglês para “Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Os substratos utilizados - chapas de aço A36 com as dimensões de 30x10x2mm - foram lixados até granulometria de 1200, polidos com pasta de diamante até 1 micrômetro e limpos em ultra-som com álcool isopropílico. O ensaio de tração foi realizado em uma máquina de ensaio universal Shimadzu servo-controlada com capacidade de 100kN. A velocidade do ensaio foi de 0,2 mm por minuto e a deformação foi calculada pelo deslocamento do próprio travessão da máquina. A figura 1a apresenta a amostra na garra e a figura 1b apresenta o filme de DLC depositado no substrato.

Painel PEMM 2011 – 10 e 11 de novembro de 2011 – PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil

Figura 1 – (a) amostra na garra da máquina de tensão

deformação; (b) filme DLC depositado em aço.

Resultados e discussão O ensaio de tensão deformação foi interrompido quando o valor da tensão chegou a 350 MPa (2% de deformação total – figura 2 ) A amostra então foi levada para análise de microscopia ótica e eletrônica. Na figura 3 (imagem de lupa) observa-se que uma trinca percorreu todo o revestimento, curiosamente na mesma direção em que foi aplicada a carga.

Figura 2 – gráfico tensão deformação do

filme/substrato.

Conclusões Foi possível analisar por meio do ensaio de tração o aparecimento de trincas nos filmes de DLC depositados em substratos de aço. O revestimento trinca antes de o substrato alcançar o limite de escoamento. A metodologia deve ser aperfeiçoada para que se possa determinar de forma precisa a partir de qual valor de tensão o filme trinca de forma que seja possível comparar os resultados com medidas obtidas por outras

técnicas e relacioná-los com propriedades como a tenacidade, dureza e tensão interna.

Figura 3 – trinca ao longo do filme.

Figura 4 – Imagens de MEV de uma trinca com

aumento de 500, 1000, 2000 e 4000 vezes.

Referências [1] Robertson, J., Materials Science and Engineering:

R: Reports, v. 37, pp. 129-281, 2002.

[2] Clay, K.J., Speakman, S.P., Morrison, N.A., Tomozeiu, N., Milne, I., Kapoor, A., Diamond and Related Materials, v. 7, pp. 1100-1107, 1998.