Análise da influência de deutério no coeficiente de atrito de filmes
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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.
