Ciência & Tecnologia dos Materiais

As Divisões Técnicas da SPM

Avaliação tribológica de materiais ferrosos sinterizados oxidados a vapor

In spite of the widespread use of the sintered iron components, with or without surface treatments, in sliding situations, there are very few papers about their tribological behaviour. In this work, the effect of processing parameters on the tribological behaviour of sintered pure iron, with or without steam oxidation, was analysed. Samples with three levels of density were used, ranging from 6.55 to 7.10 g/cm3. With the objective of obtaining different types of surface oxides (magnetite, hematite and wustite), steam treatments with different parameters were performed. The physical, mechanical and microstructural properties of the samples were evaluated. Reciprocating sliding wear tests in a ball on flat geometry were preformed under normal load of 8.8 and 29.4 N; stroke of 6 mm and frequency of 2 Hz. Wear was evaluated in terms of the volume loss of wear scar by using data of surface topography provided by a 3D laser interferometer and a special software. The wear mechanisms were analysed by scanning electron microscopy. Results show a great influence of the steam oxidation on the wear of the sintered pure iron.

Apesar da grande utilização de componentes ferrosos sinterizados em situações que envolvem o deslizamento, há relativamente poucos trabalhos na literatura sobre o seu comportamento tribológico. Neste trabalho, o efeito de parâmetros selecionados de processamento sobre o comportamento tribológico do ferro puro sinterizado com e sem o processo de oxidação a vapor foi analisado. Amostras de ferro puro sinterizado com três diferentes densidades e dois diferentes processos de oxidação a vapor foram usadas. Além disso, parte destas amostras foram comprimidas em uma prensa para emular o processo de calibração. A caracterização tribológica foi realizada através de ensaios de desgaste por deslizamento do tipo alternado, na configuração esfera-sobre-plano, com um curso e uma freqüência de 6 mm e 2 Hz, respectivamente, e três níveis de força normal (4,9, 8,8 e 29,4 N). O desgaste das amostras foi avaliado através da perda volumétrica, utilizando-se para isto dados da topografia superficial fornecidos por um interferômetro tridimensional a aser. Os mecanismos de desgaste foram avaliados através da microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostraram que o comportamento de desgaste das amostras foi influenciado principalmente pelo nível de carga e pela oxidação a vapor. A oxidação a vapor aumentou significativamente a resistência ao desgaste de todas as amostras ensaiadas nas cargas de 4,9 e 8,8 N em relação às amostras não oxidadas. Nos ensaios realizados com a carga de 29,4 N, o processo de oxidação não foi eficaz no aumento da resistência ao desgaste das amostras devido à remoção precoce da camada superficial de óxidos.

Desarrollo y propiedades de recubrimientos nanocomposities lubricantes

The development of coatings which combine high hardness and low values of friction and wear is an interesting research area due to the improvement of the performance of many pieces and tools used in industrial processes, such as casting, cutting, etc. In this work we present the results obtained from novel lubricant nanostructured systems formed by nanocrystals of a hard phase (nc-TiC) embedded in a low-friction amorphous matrix (a-C). Synthesis was performed by magnetron sputtering of Ti and C targets. Chemical and miscrostructural characterization were carried out by transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM), and electron energy loss spectroscopy (EELS). Tribological properties were studied at ambient environmental conditions by means of a pin-on-disk tribometer employing steel as counterpart at Hertzian pressures of ~1 GPa. Depending on synthesis conditions, friction (0,1 to 0,4) and hardness (7-27 GPa) values can be achieved at moderate wear rates (k~10-7 mm³/Nm). The study of the relationship among microstructure, chemical composition and tribo-mechanical properties allows us the optimization of these nanostructured systems to improve the technological applications.

El desarrollo de recubrimientos que combinen propiedades de alta dureza con bajos valores de fricción y desgaste constituye un área de investigación de notable interés por su impacto en la mejora del rendimiento de multitud de piezas y herramientas que se utilizan en operaciones industriales tales como corte, mecanizado, etc. En este trabajo se presentan los resultados conseguidos a partir de nuevos sistemas nanoestructurados lubricantes formados por nanocristales de una fase dura (nc-TiC) que se integran dentro de una masa de material amorfo de bajo coeficiente de fricción (a-C). La síntesis se ha realizado mediante la técnica de "magnetron sputtering" a partir de blancos de Ti y grafito. La caracterización microestructural y química de los recubrimientos se ha llevado a cabo por microscopía electrónica de transmisión (TEM), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), microscopía de fuerzas atómicas (AFM) y espectroscopía de pérdida de energía de electrones (EELS). Las propiedades tribológicas se han estudiado a temperatura y humedad ambientales utilizando un tribómetro pin-on-disk con acero como antagonista a presiones de contacto de ~1 GPa. Controlando las condiciones de síntesis se pueden conseguir rangos de fricción (0,1 a 0,4) y durezas (7-27 GPa) con razonables tasas de desgaste (k~10-7 mm³/Nm). El estudio de la relación existente entre la microestructura, composición química y las propiedades medidas nos permitirá la optimización de tales sistemas nanoestructurados para su mejor aprovechamiento tecnológico.

Tribological behaviour of reactive and co-sputtered W-S-C coatings

W-C-S films were deposited either by a reactive process in an Ar+CH4 atmosphere or by co-sputtering WS2 and C targets. The films were characterized concerning their chemical composition and mechanical properties. The results showed that the films, in both systems, have similar properties. Co-sputtered films are amorphous, whereas in the reactive process a gradual l oss of cristallinity is observed with the increase of C content in the films. The hardness and the adhesion are similar for both systems. The increase of C alloying to the films led to the improvement of both their hardness and adhesion. The tribological performance of the coatings was tested by ball-on-disk. The films deposited by co-sputtering present better results than the reactive deposited ones. With the increase of C content in these coatings an increase of the wear resistance is observed, reaching in the best case a wear coefficient of 3.1×10-16 m³/N×m. In the films deposited by reactive process, low wear coefficients can also be reached but no regular trend with increasing C contents can be observed.

Revestimentos de diamante CVD em Si₃N₄: Atrito e desgaste no deslizamento de pares próprios sem lubrificação

Due to its extreme hardness natural diamond posses a high wear resistance. However, apart from the high cost, it is characterised by a strong anisotropy in terms of tribological behaviour. These limitations are overcome using diamond coatings produced by chemical vapour deposition (CVD) which due to their polycristalline nature, while retaining the extreme properties of natural diamond, make surfaces with high tribological performance. CVD diamond coatings can be deposited on various types of substrates. However, in order to sustain high levels of adhesion, silicon nitride (Si3N4) based ceramics constitute a particularly attractive substrate material due to its carburizing nature and low thermal expansion coefficient mismatch with diamond. In the present work, dense Si3N4 samples were diamond coated using the microwave plasma activated chemical vapour deposition (MPCVD) technique. The tribological tests were performed using a ball-on-flat (BOF) configuration on self-mated diamond CVD pairs, without the presence of lubrication in ambient atmosphere. The applied normal varied in the range 10-80 N, while keeping the frequency (1 Hz) constant throughout the tests. The tribological behaviour was characterised by extremely low steady-state friction coefficient values (f ~ 0.03-0.04), accompanied by wear rates denoting a very mild to mild wear regime (10-8£ K £ 10-7 mm³N-1m-1). The main wear mechanism consisted on the truncating of diamond crystals parallel to the plane of sliding, resulting in a self-polishing of the interacting surfaces at the micro-scale level.

O diamante natural, dada a sua extrema dureza, apresenta elevada resistência ao desgaste. No entanto, além do seu elevado custo, caracteriza-se por uma forte anisotropia no comportamento tribológico. Estas limitações são ultrapassadas pela utilização de revestimentos de diamante obtidos por deposição química em fase vapor (CVD), que pela sua natureza policristalina combinada com a retenção das propriedades de excepção do diamante, proporcionam superfícies com elevado desempenho tribológico. Os revestimentos de diamante CVD podem ser depositados sobre substratos de natureza diversa. Porém, de modo a garantir elevados níveis de adesão, os cerâmicos à base de nitreto de silício (Si3N4) são substratos particularmente atractivos dado possuírem natureza carburígena e um coeficiente de expansão térmica próximo do do diamante. No presente trabalho foram produzidas por sinterização amostras densas de Si3N4, as quais foram posteriormente revestidas a diamante obtido por deposição química a partir da fase gasosa activada por plasma de micro-ondas (MPCVD). Os testes tribológicos foram realizados na configuração esfera-placa (BOF), na ausência de lubrificação e em atmosfera ambiente, envolvendo pares próprios de diamante CVD. A carga normal aplicada variou entre 10 N e 80 N, mantendo-se constante a frequência (1 Hz) de oscilação da placa. O comportamento tribológico foi caracterizado por valores do coeficiente de atrito em regime estacionário extremamente baixos (f ~ 0.03-0.04), acompanhados de taxas de desgaste denotando um regime de desgaste suave a muito suave (10-8 ≤ K ≤10-7 mm³N-1m-1). O principal mecanismo de desgaste consistiu na clivagem dos cristais de diamante paralelamente ao plano de deslizamento, resultando no polimento à escala fina das superfícies em interacção tribológica.

Efeito da temperatura de revenido no comportamento tribológico do aço din 100Cr6

The steel DIN 100Cr6 is often used in highly stressed mechanical components. It is mostly used on rolling bodies and bearings rings. This steel is usually used in tempered state and it is tempered to the maximum hardness. With low temperatures of tempering we can obtain a hardness higher than 7,5GPa. However, in some utilisations of this steel, the temperature can already be significant, without being yet necessary to use special steels for high temperatures. In these cases, the heat treatment has to be readjusted, in particular the tempering temperature. As the tempering temperature produces a significant variation of the hardness and tenacity, the wear resistance will certainly be affected. The main purpose of this work is to study the influence of the microstructure variation on the friction and wear of the steel DIN 100Cr6. The microstructure variation was produced by variation of the heat treatment, more specifically of the tempering temperature. To obtain this, the rotative specimens were treated using different tempering temperatures between 200ºC and 500ºC. To evaluate de variation produced on the wear resistance, we have used two techniques: friction and wear tests with crossed cylinder contact in unidirectional sliding and tests of micro-abrasion by sphere. The results obtained are widely discussed, having into account the wear mechanisms observed and the hardness and microstructure variations resultant from the heat treatments. One other aim of the present study was to verify the new energetic parameters aptitude to quantify the wear resistance. The results of this study are perfect to the concretisation of this aim, because, using the same chemical composition and with successive variations of the microstructure, it is possible to change significantly the tribological behaviour. The results of the tests of sliding are compared considering both the classical Archard approach, and the use of new parameters based on the relation between the dissipated energy by friction and the wear volume.

O aço de baixa liga DIN 100Cr6 é bastante utilizado em componentes mecânicos altamente solicitados, sendo os corpos rolantes e os anéis dos rolamentos a sua aplicação mais conhecida. Este aço é habitualmente utilizado no estado temperado e revenido para a máxima dureza, e com baixas temperaturas de revenido podem obter-se durezas superiores a 7,5 GPa. Contudo, em algumas das aplicações deste aço a temperatura pode ser já significativa, sem que todavia se justifique ainda a utilização de aços para alta temperatura. Nestes casos o tratamento térmico tem que ser reajustado, em particular a temperatura de revenido. Como a temperatura de revenido produz uma variação significativa da dureza e da tenacidade, a resistência ao desgaste será certamente afectada. O objectivo do presente trabalho foi estudar a influência da variação da microestrutura do aço DIN 100Cr6 no atrito e no desgaste. A variação da microestrutura foi produzida por variação do tratamento térmico, mais especificamente da temperatura de revenido. Para o efeito os cilindros rotativos foram tratados utilizando diferentes temperaturas de revenido entre 200ºC e 500ºC. Para avaliar a variação produzida na resistência ao desgaste foram utilizadas duas técnicas: ensaios de atrito e desgaste com contacto de cilindros cruzados em escorregamento unidireccional e ensaios de micro-abrasão por esfera. Os resultados obtidos são amplamente discutidos tendo em conta os mecanismos de desgaste observados e as variações de dureza e de microestrutura resultantes dos tratamentos térmicos. Um outro objectivo do presente estudo foi verificar a aptidão de novos parâmetros energéticos para quantificar a resistência ao desgaste. Os resultados do presente estudo são perfeitos para a concretização deste objectivo porquanto utilizando a mesma composição química e com variações sucessivas da microestrutura é possível variar significativamente o comportamento tribológico. Os resultados dos testes de deslizamento são pois comparados considerando quer a abordagem clássica de Archard quer a utilização de novos parâmetros baseados na relação entre a energia dissipada por atrito e o volume de desgaste.

Desgaste de materiales compuestos Al-Li/SiC

Aluminium matrix composites reinforced with ceramic particles exhibit better properties than the corresponding unreinforced alloys, particularly the wear resistance. This work presents a comparative study of the sliding wear behaviour of an aluminium-lithium (Al-8090) composite material reinforced with silicon carbide particles (15% in vol.) and the unreinforced alloy. The experimental results were obtained from pin on disc tests where the normal load and the temperature were varied. The material without reinforcement behaves better than the composite material under mild wear conditions. Nevertheless, in the severe wear regime (high temperature and high pressure) the composite wear resistance is higher than that of the unreinforced alloy. The particles of the reinforcement stabilize thermally the aluminium-lithium alloy and their mechanical properties remain at higher temperatures. For that reason, the transition temperature from mild to severe wear is higher in the composite material than in the unreinforced alloy.

Los materiales compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas cerámicas presentan mejores propiedades que las correspondientes aleaciones sin reforzar. La resistencia al desgaste es una de las propiedades que se ven más afectadas por la presencia del refuerzo. En este trabajo se ha realizado un estudio comparativo del comportamiento frente al desgaste por deslizamiento de material compuesto de matriz de aluminio-litio (Al - 8090) reforzado con un 15 % en volumen de partículas de carburo de silicio y la correspondiente aleación sin reforzar. Los resultados experimentales corresponden a ensayos de punzón sobre disco (pin on disc) en los que se ha variado la carga normal y la temperatura. A pesar de lo que inicialmente podría esperarse, el material sin reforzar se comporta mejor que el material compuesto en condiciones de desgaste suave. Sin embargo, cuando las condiciones de desgaste son más exigentes (alta temperatura y elevada presión) el material compuesto presenta una mayor resistencia al desgaste que el material sin reforzar. Las partículas del refuerzo estabilizan térmicamente la aleación de aluminio-litio y como consecuencia de ello, la temperatura de transición entre el régimen de desgaste suave y el de desgaste severo es más elevada en el material compuesto que en la aleación sin reforzar.

Simulação de desgaste abrasivo via eventos múltiplos

A otimização de processos abrasivos é alvo constante de estudos científicos, seja no sentido de minimizar a perda de massa de um sistema tribológico sujeito à presença de abrasivos, seja no sentido de melhorar a qualidade superficial em processo de fabricação, que utilizam abrasivos para remover material. Recentemente, os sistemas de desgaste abrasivo têm sido classificados em função da dinâmica das partículas atuantes: (a) deslizamento das partículas sobre a superfície produzindo sulcamento e/ou riscamento; (b) rolamento dos abrasivos entre as superfícies, levando a formação de indentações múltiplas. O predomínio de uma destas dinâmicas é função das características do sistema, destacando-se a carga por abrasivo, geometria da partícula abrasiva e relação de dureza entre as superfícies. O presente trabalho propõe uma metodologia que relaciona os principais parâmetros dos ensaios laboratoriais de desgaste abrasivo através de uma simulação instrumentada. O equipamento utilizado nesta simulação é um esclerômetro retilíneo que reproduz a atuação de um grão abrasivo sobre a superfície de uma amostra. A partir das informações contidas na superfície desgastada original realiza-se uma seqüência de indentações e riscos/sulcos em posições aleatórias dentro de uma área pré-determinada obtendo uma nova superfície. É possível dimensionar a quantidade, intensidade e direção (no caso de riscos/sulcos) dos eventos. Usando interferometria laser e MEV constatou-se a semelhança entre a topografia e os mecanismos de desgaste da superfície produzida na simulação e a superfície original. Observou-se, também, que a simulação é sensível ao direcionamento dos eventos e mecanismos de desgaste.

The optimisation of the abrasive process is the constant aim of scientific studies, either to minimize the mass lost of any tribological system submitted to abrasive presence, or to improve the superficial quality in the machining and/or finishing processes which use abrasives to remove materials. Recently, the wear system has been classified in two different groups, according to its particle dynamic: (a) sliding of the acting particles on the sample surface producing the mechanism of microcutting and/or microploughing or microcracking; (b) the rolling of the abrasives between the surfaces leading to multiple indentation formation. Predominance of one or the other dynamic is due to system features, especially the force by particle, abrasive particle geometry and hardness ratio between the surfaces. The present work proposes a methodology that shows the principal parameters of laboratory abrasive wear tests by instrumented simulation. The equipment used in this simulation is a rectilinear esclerometer that reproduces the act of one abrasive particle on a sample surface. By an original wear surface analysis, a sequence of indentations and scratchs/grooves in random positions inside a pre-defined area can be obtained. It is possible to dimension the quantity, intensity and direction (in case of scratch) of the events. A surface similar to the original can be obtained by simulation. The wear mechanism and topography of this new surface can be described using laser interferometry and SEM. It can also be observed that the simulation is sensible to the direction of events and wear.

Propriedades mecânicas de revestimentos nanolaminados e nanoestructurados de ZrO₂/Al₂O₃ para aplicações de desgaste a alta temperatura

Zirconia (ZrO2) is a material with increasing interest for technological and scientific applications, due to its combination of properties. When total or partially stabilized it can be used as bulk material or as protective coatings at high temperature, even above 1000ºC. In particular, the coatings that we present in this work reveal promising for many technological applications where the chemical stability combined with wear resistance and high hardness are important for high temperature applications. The aim of this work is to present and to discuss the mechanical properties (such as hardness, modulus of elasticity, residual stresses and adhesion) of nanolayered and nanoestructured ZrO2/Al2O3 coatings deposited by reactive Physical Vapour Deposition (PVD). The stabilized zirconia presents some advantages towards alumina possessing higher mechanical resistance combined with higher resistance to fracture. Moreover, when produced in a nanolayered structure have similar hardness and in some cases superior than alumina. This work presents two kind of coatings: ZrO2/Al2O 3 coatings with a nanolayered structure that have been grown with different thickness of each nanolayer (3/3.5, 6/7 and 12/14 nanometers for each layer of ZrO2/Al2O3 respectively) and ZrO2Al2O3 nanoestructured coatings where the percentage (wt%) of Al2O3 was changed between 1,7 and 9,1 wt% in order to stabilize the high temperature tetragonal phase of the zirconia at room temperature. The hardness and modulus of elasticity had been determined by nanoindentation tests using a Berkovich indenter for loads between 5 mN and 120 mN. At the lowest loads measurements reveals only the coatings properties where as at high loads the influence of both, coatings plastic behaviour and the substrate influence in mechanical properties are observed. For the nanolayered coatings and after heat treatment the hardness increases until 24 GPa, for the coatings grown with 12/14 nanometers of thickness for each nanolayer. Residual stresses have been determined using the Stoney equation and using Raman Spectroscopy measurements. All coatings present an increase of the residual stresses in compression after heat treatment. The adhesion of the nanolayered coatings was also evaluated by scratch-test measurements.

A zirconia (ZrO2) é um material, que devido às suas propriedades é considerado de elevado interesse quer para aplicações tecnológicas quer a nível científico. Quando total ou parcialmente estabilizada tem inumeras aplicações a alta temperatura, tanto na forma de material estrutural como na forma de revestimento (inclusive acima de 1000ºC). Em particular os revestimentos que apresentamos com este trabalho mostram-se promissores para muitas aplicações tecnológicas onde a estabilidade quimica aliada à resistência ao desgaste e elevada dureza são requisitos importantes em aplicações a alta temperatura. Este trabalho visa apresentar e discutir as propriedades mecânicas (tais como dureza, módulo de elasticidade, tensões residuais e adesão) de revestimentos nanolaminados e nanoestructurados de ZrO2/Al2O3 produzidos por Deposição Física de Vapores (PVD) reactiva em magnetrão. A zirconia estabilizada apresenta algumas vantagens relativamente à alumina pois possui uma maior resistência mecânica aliada a uma maior resistência à fractura. Aliado a estas propriedades estes revestimentos quando produzidos com uma estrutura nanolaminada apresentam durezas da mesma ordem e em alguns casos superiores à alumina. Os revestimentos produzidos são de dois tipos; revestimentos nanolaminados de ZrO2/Al2O3 em que se variou a espessura das nanocamadas (3/3.5, 6/7 and 12/14 nanometros de espessura para cada nanocamada respectivamente) e revestimentos nanoestructurados de ZrO2 Al2O3 onde se variou a percentagem em massa (wt%) de Al2O3 entre 1,7 e 9,1 wt% de forma a estabilizar a fase tetragonal de alta temperatura da zirconia à temperatura ambiente. A dureza e módulo de elasticidade foram determinados recorrendo a testes de nanoindentação com indentador Berkovich utilizando cargas desde 5 mN até 120 mN. Para as cargas mais baixas mediram-se apenas as propriedades dos revestimentos enquanto que para as cargas mais elevadas se observou o comportamento plástico dos revestimentos bem como a influência dos substratos nas propriedades mecânicas obtidas. Para os revestimentos nanolaminados e após tratamento térmico a dureza obtida aumenta até cerca de 24 GPa, no caso do revestimento com 12/14 nanometros de espessura para cada nanocamada. As tensões residuais foram determinadas utilizando a equação de Stoney e também recorrendo a medidas de Espectroscopia Raman, revelando um aumento das tensões residuais em compressão após tratamento térmico. Foi ainda avaliada a aderência dos revestimentos nanolaminados recorrendo ao teste de indentação deslizante "scratch-test".

Desgaste de ferramentas de soldadura por ultra-sons na produção de cablagens eléctricas para automóveis

Ultrasonic welding is used to obtain junctions in automotive electric cabling. However, surface damage of the active elements that contact the cupper filaments during the welding process must be minimized. Thus, the wear resistance of the contact surface of welding tools must be enough to allow good quality of joints during a high number welding cycles. In this work, the wear behaviour of tools for ultrasonic welding is analysed during the production process of cablings for the automotive industry. Hipereutectoide steel was considered for the welding tools and the influence of both the application of a heat treatment and the use of a metallic PVD-TiNAl coating on the wear behaviour of tools was evaluated. All tests were performed in industrial equipment operating in usual conditions of labour. Results showed that the application of the PVD-TiNAl coating allows excellent wear behaviour together with high quality of joints and a significant reduction of costs in the productive process.

A soldadura por ultra-sons é um processo utilizado na obtenção de uniões em cablagens eléctricas para automóveis. Porém, a alteração superficial das peças activas que contactam os fios de cobre durante o processo de soldadura deve ser minimizada. Assim, a superfície de contacto das ferramentas de soldadura deve possuir propriedades de resistência ao desgaste que permitam obter com qualidade o maior número possível de ciclos de soldadura. Neste trabalho é analisado o comportamento ao desgaste de ferramentas de soldadura por ultra-sons na produção de cablagens eléctricas para automóveis. Foram consideradas ferramentas em aço hipereutectóide e foi avaliada a influência da aplicação de um tratamento térmico de têmpera bem como de um revestimento metálico PVD-TiNAl no comportamento ao desgaste das ferramentas. Os testes foram realizados num equipamento industrial em condições normais de laboração. Os resultados mostraram que a aplicação do revestimento PVD-TiNAl garantiu um excelente comportamento ao desgaste, elevado padrão de qualidade das uniões e uma significativa redução de custos no processo produtivo.

Comportamiento tribológico de materiales cerámicos de nitruro de silicio texturados

Dense textured Si3N4 materials have been processed adding β-Si3N4 seeds and promoting their alignment with a combined processing/sintering route that includes extrusion and hot-pressing. These materials present a strong anisotropy in the microstructure that leads to anisotropic mechanical and tribological properties. Dry reciprocating self-mated ball-on-flat wear tests have been performed. The textured material presents a higher wear resistance than the reference one, non-textured, being abrasion by microcracking and pull-out of the Si3N4 grains the main wear mechanism. The surface of the textured specimen is protected by a third body developed during the wear test.

Se han fabricado materiales densos de nitruro de silicio (Si3N4) texturados incorporando semillas de β- Si3N4, favoreciendo su alineación mediante extrusión de las piezas en verde y prensado en caliente. Estos materiales presentan elevada anisotropía microestructural que conduce a un comportamiento anisótropo de sus propiedades, tanto mecánicas como tribológicas. Se han realizado ensayos de desgaste en seco mediante movimiento recíproco lineal de pares homólogos con geometría esfera-placa. El material texturado presenta mayor resistencia al desgaste que el de referencia, sin texturar, identificándose como principal mecanismo de desgaste la abrasión debida a microfractura y arranque de granos de Si3N4. En este material, además, se desarrolla un tercer cuerpo que protege la superficie del material.

Reciprocating lubricated sliding on textured steel surfaces

The presence of a lubricant film between two sliding surfaces reduces adhesion and wear. Engineering surfaces can be textured with a uniform micropattern composed of regularly shaped topographical features, which is expected to improve their lubrication. If the surfaces are sliding against each other with a certain velocity and a lubricant fluid is present in the contact, a hydrodynamic film may form spontaneously between them. In lubricated sliding tests of metallic samples, the two conducting samples can be seen as two conductors separated by a lubricant film, which constitute a capacitor if the two samples are insulated from each other. In this work, a bridge circuit was designed where the capacitor created by the two samples and the lubricant film was one of the components of a bridge. The resistors that compose the bridge were selected in order to provide a large range of linear variation between voltage and capacitance, between approximately 50 and 900 pF and the output was a rectified DC voltage signal corresponding to the average of the resultant AC signal for each film thickness. The apparatus was connected to a reciprocating sliding tester with sinusoidal velocity variation in order to achieve regimes of lubrication varying from boundary to hydrodynamic lubrication over the length of the stroke; the velocity varied between zero at the ends of the stroke and 40 mm s-1 in the middle. Textured samples containing patterns composed of individual circles and lines were tested using this apparatus. The effects of width and percentage of coverage and of feature orientation were analysed. All the results were compared with those from a standard polished surface

Estudo da influência das características do contra-corpo na taxa de desgaste do polioximetileno em ensaio pino-contra-disco

The aim of this work is to study the effect of the roughness and the type of counter-face in the wear rate of the polyoximethylene copolymer (POM), resultant of the sliding contact against rigid bodies. For this, was realized wear tests in a pin-on-disk tribometer, with polymeric pins and disks confectioned in alumina (Al2O3) and duplex stainless steel (austenitic-ferritic). In the wear tests, were used 3 values of applied load, 3 sliding velocities and 2 levels of surface finishing of the counter-face. For each test condition, 3 experiments were realized. During the tests, the temperature near to the contact of the materials, the friction force and the height of the pin had been monitored. The variation of the pin height, measured with a linear sensor of position (LVDT) was used for the determination of the wear rate of polymer. The tests had been carried through in environment with controlled relative humidity in 50 ± 5 % and the sliding distance were of 3.500 meters During the tribologic tests, the POM pin, a thermoplastic material, were submitted shears and, mainly, compressive efforts for periods of 1 at 10 hours. However, it was verified that the compressive efforts had not been enough to modify the height of the pin for fluency. The results of wear rate had shown that the capacity to dissipate the heat generated during the tests is one of the characteristics most important of the counter-face, or either, the wear of the POM sliding against alumina was, for the two levels of roughness, more raised than in the tests against stainless steel.

O presente trabalho tem como objectivo estudar o efeito do acabamento superficial e do tipo de contra-corpo na taxa de desgaste do polioximetileno copolímero (POM), resultante do contacto deslizante contra corpos rígidos. Para tanto, foram realizados ensaios de desgaste em um tribômetro do tipo pino-contra-disco, com pinos de material polimérico e discos confeccionados em alumina (Al2O3) e em aço inoxidável duplex (austenítico-ferrítico). Nos ensaios de desgaste, utilizou-se 3 valores de carga, 3 velocidades de deslizamento e 2 níveis de acabamento superficial do contra-corpo. Para cada condição de ensaio, foram realizados 3 experimentos. Durante os ensaios, foram monitoradas a temperatura próxima à interface de contacto dos materiais, a força de atrito e a altura do pino. A variação da altura do pino, medida com um sensor linear de posição (LVDT) foi utilizada para a determinação da taxa de desgaste do polímero. A distância percorrida pelos pinos sobre o disco foi de 3.500 metros. Os ensaios foram realizados em ambiente com humidade relativa controlada em 50 ± 5 %. Durante a realização dos ensaios tribológicos, o pino de POM, um termoplástico, esteve submetido a esforços cisalhantes e, principalmente, compressivos por períodos de 1 a 10 horas. No entanto, verificou-se que os esforços compressivos não foram suficientes para alterar a altura do pino por fluência. Os resultados de taxa de desgaste mostraram que a capacidade de dissipar o calor gerado durante o movimento relativo dos pares ensaiados é uma das características mais importantes do contra-corpo, ou seja, o desgaste do POM deslizando contra alumina foi, para os dois níveis de acabamento superficial, mais elevado que nos ensaios contra aço inoxidável.