DeposiçÃo em plasma com gaiola de grafita de filmes de dlc em substrato de aço d2



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DEPOSIÇÃO EM PLASMA COM GAIOLA DE GRAFITA DE FILMES DE DLC EM SUBSTRATO DE AÇO D2
Nunes Filho, A. (1); de Souza, R. R. M. (2); Araújo, F. O. (3); Alves Jr, C (3); da Costa, J. P. (4); Viana, B. C. (5);
1Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)

2Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Piauí (IFPI)


3Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA)

4Universidade do Estado do Rio Grande do Norte (UERN)

5Universidade Federal do Piauí (UFPI)

E-mail: antonio.jr.materiais@gmail.com


Filme de DLC foi depositado em substratos de aço AISI D2 por plasma CVD em gaiola catódica de grafita, em temperatura de 450 °C, numa mistura gasosa de Ar (25%)+ H2 (75%), com um tempo de 5h em pressão constante de 2 mbar. A análise estrutural usando MEV e microscopia óptica revelou sítios de materiais organizados como aglomerados de aproximadamente 20 µm de diâmetro e a camada obtida ficou com espessura em torno de 4 µm. O ensaio de microdureza mostrou valores em torno 1300 HV, valor bem superior ao do substrato que é de 250 HV. Com auxílio da difração de raios X foram identificados picos de Fe3C (Cementita) e pico de C, fase diamante (DLC). Com isso, foi feito um estudo com espectroscopia micro-Raman em duas regiões: nos sítios e fora deles. Foram observados picos derivados de uma estrutura altamente cristalina nos sítios, referente ao DLC e uma região amorfa em sua volta, derivada de C amorfo. Foi concluído que o processo de deposição por plasma em gaiola de grafita em substrato de aço D2 gerou um revestimento de C amorfo com sítios cristalinos de DLC.
Palavras-chave: DLC, Plasma, Gaiola Catódica, AISI D2,
Introdução
Revestimentos de Diamond Like Carbon (DLC) são usados a fim de reduzir a deterioração da superfície de peças industriais, tais como êmbolos, isso porque ele tem uma baixa fricção, elevada dureza e inércia química [1]. Este trabalho apresenta um método de deposição de filmes de DLC em substratos de aço com plasma em gaiola catódica de grafite. A superfície foi avaliada com ensaios de dureza, difração de raios-X (DRX), espectroscopia micro-Raman, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV).
Experimental
Amostras cilíndricas de aço AISI D2, com diâmetro de 20 mm e altura de 6 mm para a deposição em gaiola catódica. As amostras foram lixadas e polidas. Neste trabalho foi utilizada uma gaiola de grafita de 25 mm de diâmetro e altura de 35 mm, semelhante à SOUSA, R.R.M., 2006. As amostras foram tratadas durante 6 horas na temperatura de 450 °C e pressão de 180 Pa. A mistura de gases utilizada foi composta por 12 sccm de H2 + 03 sccm de Argônio. As amostras foram caracterizadas por análise de difração de raios-X, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microdureza.
Resultados e discussões
A camada de DLC apresentou uma região cinza e sítios negros por toda a superfície (fig 1). Esses sítios tem geometria circular com diâmetro médio de 20 µm e se espalha no substrato de forma homogênea. A análise de microdureza (tab. 1) revela valores superiores ao do substrato (aço ASIDI D2, recozido apresenta dureza em torno de 250 HV). Essa variação abrupta pode está ligada à presença do DLC. O difratograma na faixa dos planos da cementita (Fe3C) é apresentado na figura 2(a). Ao aplicar um zoom na região entre 42 a 45°, nota-se uma assimetria no pico de Fe3C em 43,85°. Um pico pode ser observado em 43,97° referente ao diamante. A espectroscopia micro Raman (fig. 2b) revela picos finos das bandas D e G na região escura (black) e um alargamento na região cinza (gray). Essa variação na morfologia dos picos é devido a amorfização da estrutura de carbono.


  1. (b)

Figura 1: Micrografias obtias por microscopia óptica (a) e MEV (b).
Tabela 1- Microdureza Vickers da superfície da amostra de aço AISI D2 com revestimento de filme DLC. Análise com carga de 200 g/f

Impressão

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Dureza (HV)

1367

1004

1642

1697

1727

913

1242

1048

659

1302

1113



  1. (b)

Figura: 2 Análise de DRX (a) e espectroscopia micro Raman (b).
Conclusão

Através dos resultados aqui apresentados, pode-se afirmar que a técnica de deposição de filmes em plasma por gaiola catódica de grafita é uma técnica promissora na fabricação de revestimentos de DLC


Referencias

[1] YAMAMOTO, S. et al. Relationship between tribological properties and sp3/sp2 structure of nitrogenated diamond-like carbon deposited by plasma CVD. Surface and Coatings Technology, v. 210, n. 0, p. 1-9, 2012.


Acknowledgement: CAPES, CNPq

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