Influência da deposição de filmes finos de TiN e ZrN multicamadas na resistência ao desgaste microabrasivo da liga Ti-40Zr obtida por metalurgia do pó

• Main Author: Dias, Felipe da Cruz
• Other Authors: Silva, Cosme Roberto Moreira da
• Language: Portuguese
• Published: 2015
• Subjects: Ligas (Metalurgia); Titânio; Zircônio; Metalurgia; Microscopia
• Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/18392

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. === Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva ([e-mail]) on 2015-06-24T16:46:33Z No. of bitstreams: 1 2014_FelipedaCruzDias.pdf: 7012530 bytes, checksum: 58d8775074a3f43fe9ee02fdd9f14278 (MD5) === Approved for entry into archive by Raquel Viana([e-mail]) on 2015-06-26T13:07:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_FelipedaCruzDias.pdf: 7012530 bytes, checksum: 58d8775074a3f43fe9ee02fdd9f14278 (MD5) === Made available in DSpace on 2015-06-26T13:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_FelipedaCruzDias.pdf: 7012530 bytes, checksum: 58d8775074a3f43fe9ee02fdd9f14278 (MD5) === Titânio e suas ligas são conhecidos por apresentarem excelentes propriedades mecânicas e inúmeras possibilidades de utilização de acordo com sua composição. Entretanto a baixa resistência ao desgaste restringe o uso de ligas de titânio em atividades que envolvam abrasão. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da deposição de filmes finos de TiN e ZrN multicamadas na resistência ao desgaste microabrasivo da liga Ti-40Zr obtida por metalurgia do pó. Os filmes foram obtidos por deposição física de vapores por feixe de elétrons, com três diferentes configurações: Ti/TiN, Ti/TiN/ZrN e Ti/TiN/ZrN/TiN. Ensaios de desgaste microabrasivo por esfera livre foram realizados com duas diferentes suspensões abrasivas: uma à base de carbeto de silício, com concentração volumétrica de 0,20 e outra à base de sílica, com concentração volumétrica de 0,23. Foram estudados também 5 diferentes modelos de equações de desgaste com intuito de verificar o que melhor se ajusta com os resultados obtidos experimentalmente, a partir dos coeficientes de determinação e correlação. Foram realizadas caracterizações por meio de ensaio de riscamento, difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia confocal a laser e microscopia de força atômica. Dentre os abrasivos utilizados, o carbeto de silício apresentou maior coeficiente de desgaste para todas as amostras em função de sua maior dureza e tamanho de partículas. Os coeficientes de desgaste revelaram que todas as amostras revestidas tiveram desempenho superior quando comparadas à amostra sem revestimento, independente do abrasivo utilizado: redução de 69% e 66% para amostras revestidas com TiN, 64% e 64% para amostras revestidas com TiN/ZrN e 59% e 19% para amostras revestidas com TiN/ZrN/TiN, para os abrasivos SiC e SiO2, respectivamente. Dentre os modelos usados para determinação dos coeficientes, os de Archard e Allspopp apresentaram maiores valores nos coeficientes de determinação e correlação, demonstrando melhor ajuste aos dados obtidos experimentalmente. A microscopia de força atômica não revelou correlação entre a rugosidade do filme e sua resistência ao desgaste, evidenciando todavia, uma dependência entre a rugosidade e o tipo de filme. O teste de riscamento analisado pela microscopia confocal a laser demonstrou que a deposição das multicamadas gerou baixa adesão entre as mesmas, tornando-as mais suscetíveis à delaminação com o incremento no número de camadas e, como consequência, redução da resistência ao desgaste. A dissimilaridade composicional entre os filmes TiN e ZrN pode ter gerado tensões residuais durante a deposição, causando delaminação entre os mesmos. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT === Titanium and their alloys are known to have excellent mechanical properties and numerous possibilities of use, according to their composition. However, the lower wear resistance restricts the use of titanium alloys in activities involving abrasion. The aim of this work was evaluate the influence of thin films deposition of TiN and ZrN multilayers in micro-abrasive wear resistance of Ti-40Zr alloy, obtained by powder metallurgy. The thin films were obtained by physical vapor deposition, by electron beam, with three different settings: Ti/TiN, Ti/TiN/ZrN e Ti/TiN/ZrN/TiN. Free ball micro-abrasive wear tests were performed with two different abrasive slurries: a silicon carbide-based, with volumetric concentration of 0,20 and the other silica-based, with volumetric concentration of 0,23. Moreover, 05 different models of wear equations in order to verify which best fits with the results obtained experimentally, from the determination and correlation coefficients. Characterizations were performed by scratching test, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, confocal laser microscopy and atomic force microscopy. Among abrasive used, silicon carbide showed higher wear coefficient for all samples due their greater hardness and size of particles. The wear coefficients revealed that all coated samples exhibited superior performance when compared to the uncoated sample, regardless of the abrasive used: reduction of 69% and 66% for samples coated with TiN, 64% and 64% for samples coated with TiN/ZrN and 59% and 19% for samples coated with TiN/ZrN/TiN, to SiO2 and SiC abrasives, respectively. Among the models used to determine the coefficients, Archard and Allspopp presented higher values in the determination and correlation coefficients, and shows a better fit to the data obtained experimentally. Atomic force microscopy revealed no correlation between the roughness of the film and its wear resistance, showing however, a dependency between the roughness and the type of film. The scratching test analyzed by confocal laser microscopy showed that the multilayer deposition produced low adherence between the layers, making them more susceptible to delamination by increasing the number of layers and, consequently, reduced wear resistance. The compositional dissimilarity between the TiN and ZrN films may have generated residual stresses during the deposition, causing delamination between them.