Estudo da deposição de materiais de carbono sobre metais duros

Abstract

Atualmente, face às exigências dos mercados, grande parte dos materiais utilizados em aplicações de alta tecnologia são sistemas de materiais compósitos, nos quais a região próxima da superfície tem propriedades diferentes das da estrutura interna. Esta região próxima da superfície pode ser alterada por deposição de um revestimento, por difusão de materiais ou por implantação de iões. Este trabalho, realizado no âmbito das atividades da empresa SCIENCENTRIS visa, essencialmente, a deposição de um filme fino composto por diferentes materiais à base de carbono, sobre metais duros, para utilização em ferramentas de corte destinadas à maquinagem de materiais compósitos. O referido revestimento deverá conceder ao substrato uma elevada performance mecânica e térmica, apresentando-se como disruptivo face aos, atualmente, utilizados. Esta tipologia de revestimentos poderá, igualmente, no futuro, ter aplicações tribológicas especificas, em moldes ou matrizes de conformação, entre outras, sendo a aplicação de maior relevância para o estudo, um revestimento de elevada dureza e resistência mecânica e ainda, de alta condutividade térmica, de forma a melhorar o comportamento e a vida útil de ferramentas de corte para materiais compósitos avançados. O trabalho experimental do presente trabalho incluiu a seleção de materiais e equipamentos a utilizar, posteriormente, o estudo de parâmetros inerentes à deposição de Diamante, Grafeno e de ambos, sobre Carboneto de Tungsténio, pela técnica de Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) e, finalmente, ao desenvolvimento, otimização e caraterização dos filmes finos estudados. O substrato foi caraterizado pela técnica de Espectroscopia de raios X (EDS), e os filmes desenvolvidos foram caraterizados através das técnicas de Espectroscopia Raman e Scanning Electron Microscopy (SEM). Concluindo, provou-se a presença de Diamante e Grafeno nas amostras, ainda que de uma forma não homogénea. Não foi possível, durante o estudo, a realização de ensaios de caracterização mecânica, nomeadamente, resistência ao desgaste e condutividade térmica, uma vez que estes devem ser feitos, posteriormente em ambiente de maquinagem com uma ferramenta revestida pelo filme fino desenvolvido.

Nowadays, due to the market demands, a wide range of materials applied in high-tech applications are composite material systems in which the area close to the surface has different properties than the internal structure materials. This area, closed to the surface, can be produced by the deposition of a coating, through the change of material surface by material diffusion or ion implantation. This work, carried out in the SCIENCENTRIS company´s activities, essentially aims the deposition of a thin film composed by carbon-based different materials, over hard metals, for use in cutting tools designed to the machining of composite materials. The mentioned coating will give a high mechanic and thermal performance to substrate, being disruptive, compared to those currently used. This type of coating may also have, in the future, specific tribological applications, forming molds or matrices, among others, being the most relevant application for this work, a coating with high hardness and mechanical resistance, as well as, high thermal conductive, to improve the cutting tools life and behavior for the machining of advanced composite materials. The experimental work of the current study included a material and equipment selection, then, a research on the parameters involved in the deposition of Diamond, Graphene and both, over Tungsten Carbide by Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) technique and, at last, the development, optimization and characterization of the studied thin films. The substrate was characterized by the X-Ray Spectrometry (EDS) technique and the produced films were characterized by Raman Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM). In conclusion, it has been proved the Diamond and Graphene presence in samples, even though in a non-homogenous way. It was not possible, during this study, experimental testing on mechanic characterization, in particular wear resistance and thermal conductivity, due to the need of machining environment testing with a tool coated with the developed thin film.