Resumo

PORTINHA, A. et al. Propriedades mecânicas de revestimentos nanolaminados e nanoestructurados de ZrO₂/Al₂O₃ para aplicações de desgaste a alta temperatura. C.Tecn. Mat. [online]. 2006, vol.18, n.1-2, pp.57-64. ISSN 0870-8312.

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".

Palavras-chave : zirconia; propriedades mecânicas; revestimentos nanolaminados; dureza; nanoindentação; scratch test; aderência; PVD; ZrO₂/Al₂O ₃.

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