Estudo da Influência do Nitrogênio e Silício nas Propriedades Tribológicas de Filmes de Carbono Tipo Diamante (DLC) Depositados via DC-PECVD

Abstract

Aproximadamente 23 por cento do consumo energético global decorre de contatos tribológicos, associados ao atrito e ao desgaste mecânico de componentes. Nesse contexto, filmes de carbono amorfo tipo diamante (conhecidos pela sigla DLC, do inglês Diamond-Like Carbon) destacam-se pela elevada dureza, baixo atrito e alta resistência ao desgaste. Contudo, a elevada tensão residual compressiva inerente a esses filmes impõe dificuldades de adesão a substratos metálicos como o aço inoxidável AISI 316L. O emprego de intercamadas ricas em silício, geradas a partir do precursor hexametildissiloxano, favorece a ancoragem química na interface; entretanto, a incorporação excessiva de silício e hidrogênio pode formar uma estrutura polimérica macia indesejada, degradando a durabilidade em serviço caso o processo não seja controlado. Este projeto investigou a dopagem com silício na arquitetura e no desempenho tribológico de revestimentos obtidos por deposição química da fase de vapor assistida por plasma em corrente contínua pulsada (PECVD-DC). Foram processados filmes completos e intercamadas isoladas sobre discos de aço AISI 316L preparados metalograficamente, variando-se quatro condições na intercamada: referência padrão, redução de tempo (condição T), redução de hidrogênio (condição H) e redução simultânea de tempo e hidrogênio (condição TH). As espessuras e a morfologia transversal foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura e microanálise química por espectroscopia de raios X por dispersão de energia. A organização estrutural da rede carbônica e o teor de hidrogênio foram determinados por espectroscopia Raman. O comportamento tribológico foi quantificado em tribômetro reciprocante contra esfera de aço cromo AISI 52100, determinando o coeficiente de atrito e a durabilidade específica em newtons metro por micrômetro de espessura. Os resultados demonstraram que a condição TH atingiu o equilíbrio ideal de base macia para acomodação de tensões e camada de topo rígida. A espectroscopia Raman atestou o deslocamento da banda G para frequências vibracionais menores na intercamada TH, comprovando o efetivo alívio das tensões compressivas na interface sem perda da rigidez do filme superior de DLC. Nos ensaios tribológicos, a amostra TH manteve coeficiente de atrito estável abaixo de 0,15 e atingiu a maior durabilidade específica de todo o estudo, superando 70.000 newtons metro por micrômetro e ultrapassando a condição padrão. Em contraste, a redução isolada de tempo (condição T) provocou grafitização da base, levando à falha prematura sob carregamento. Conclui-se que o parâmetro TH viabiliza um ciclo de deposição mais ágil e energeticamente eficiente, mitigando os efeitos adversos do silício e elevando a resistência tribológica do sistema. Como adaptação do plano de atividades original, incluiu-se a caracterização aprofundada das intercamadas isoladas, etapa indispensável que elucidou a física de acomodação da interface e fundamentou os próximos testes de adesão em escala piloto.