SINTESE E CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE TI-CR-SI-N SOBRE AÇO AISI 4340: AUMENTO DE DUREZA E DA RESISTÊNCIA AO DESGASTE
cilindros catódicos, tratamento a plasma, nitretos, tratamento de superfície
O trabalho tem como objetivo a síntese e caracterização dos filmes finos de Ti-Cr-Si-N obtidos pelo método de cilindros catódicos. Filmes finos são camadas de material com espessura entre nanômetros e micrômetros que são depositadas sobre um substrato para modificar suas propriedades superficiais. Essas propriedades podem ser ópticas, químicas, elétricas, mecânicas, magnéticas e térmicas, dependendo do tipo de filme e da aplicação. No campo da mecânica, os filmes finos podem aumentar a resistência ao desgaste e à corrosão dos materiais, de modo que o substrato utilizado na pesquisa foi o AISI 4340, devido a sua importância na fabricação mecânica. Os cilindros usados como alvos catódicos, foram construídos a partir da mistura dos pós de Titânio, Cromo e Silício, prensados em matriz de compactação. Para realizar os tratamentos de deposição, utilizou-se o reator de nitretação com o método de gaiola catódica modificada ou cilindros catódicos (CCyPD). As deposições foram feitas nos dois tipos de potenciais: catódico e flutuante, nas temperaturas de 300, 350 e 400 °C. Nos catódicos com duas proporções de gases (N2-H2): 80-20% ou 20-80%. Posteriormente, os filmes depositados nas amostras tratadas foram caracterizados por difração de raio-X (DRX) e espectroscopia rama (Raman). Foi realizado o ensaio de dureza. O ensaio de desgaste do tipo pino-disco à seco, o de MEV com EDS, e o de perfilometria para avaliar a trilha de desgaste. Os resultados mostraram que o tipo de potencial de tratamento (catódico ou flutuante) influenciou na formação de algumas fases. O difratograma revelou que a cristalinidade das fases aumentou com a temperatura de tratamento nas amostras analisadas. A DRX e o raman evidenciaram a síntese de nitretos na superfície do substrato. Os testes de dureza mostraram que a dureza aumentou em pelo menos 70% em relação ao substrato na proporção de 20-80% (N2-H2). A formação de nitretos, materiais muito duros, na superfície das amostras, explica esse aumento da propriedade mecânica superficial. A região da trilha de desgaste, gerada pelo ensaio tribológico de pino-disco, foi analisada quanto ao perfil na superfície das amostras. Em comparação com o substrato sem tratamento, as amostras tratadas apresentaram maior rugosidade e maior resistência ao desgaste do pino. As amostras catódicas apresentaram maior valor de dureza e menores valores de profundidade da trilha de desgaste, destaca-se a tratada em 400°C, que apresentou 2349HV e 2,5μm.