Dia Mundial dos Materiais 2008

2ª Menção Honrosa SPM

Revestimentos autolubrificantes de ZrCN para ferramentas de corte

 

E. Silva^(1,2), M. Rebelo de Figueiredo⁽³⁾, R. Escobar Galindo⁽⁴⁾, J.P. Mendonça⁽²⁾, S. Carvalho⁽¹⁾*

 

(1) Universidade do Minho, Dept. Física, Campus de Azurém, 4800-058 Guimarães, Portugal

(2) Universidade do Minho, Dept. de Eng. Mecânica, Campus de Azurém, 4800-058 Guimarães, Portugal

(3) Christian Doppler Laboratory for Advanced Hard Coatings, Department of Physical Metallurgy and Materials Testing, Montanuniversität Leoben, Franz-Josef-Str. 18, 8700 Leoben, Àustria

(4) Centro de Micro-análisis de Materiales (CMAM-UAM), Cantoblanco, 28049, Madrid, Espanha

* sandra.carvalho@fisica.uminho.pt

 

 

RESUMO:

A tecnologia de revestimentos é cada vez mais utilizada em engenharia de superfícies. O alcance de excelentes resultados em diversos campos de aplicação têm vindo a despertar cada vez mais o interesse em revestimentos de materiais com estruturas mais complexas, nomeadamente materiais micro e nanoestruturados.

Em resposta a este crescente desafio foram depositados pela técnica de pulverização catódica reactiva em magnetrão, revestimentos de ZrCN. Após investigação química os revestimentos foram analisados de forma a obter informação quanto às fases cristalinas formadas, morfologia, propriedades mecânicas e propriedades tribológicas. Testes de torneamento com as seguintes condições nominais de corte fora ainda executados: Vc= 200m/min; a=0,1mm/rot; f=1mm; num aço EN 30 CrNiMo 8.

Com a variação dos parâmetros de deposição foram obtidas composições elementares que permitem subdividir os revestimentos em revestimentos de alto (>60%) Zona I, médio (45>CZr>60%) Zona II, baixo (<45%) Zona III teor em Zr, onde se verificaram também diferenças muito significativas nas propriedades obtidas.

A análise de raios-X sugere a formação de fases cristalinas de ZrN com tendência para a amorfização com a diminuição do teor de Zr devido à formação preferencial da uma solução sólida endurecedora de ZrCN.

As propriedades mecânicas são superiores para os revestimentos em que se verifica a formação desta fase. Em termos tribológicos os melhores desempenhos verificam-se nos revestimentos com baixo teor de Zr.

Palavras chave: ZrCN, PVD, Revestimentos duros.

 

 

ABSTRACT:

The coatings technology is nowadays widely used in engineering areas. The excellent results in various fields of applications, (from the technologies of manufacturing and machining to the most demanding applications such as tribological ones) have increased the interest on coating materials with more complex structures including micro- and nanostructured materials.

In response to this growing challenge, this paper describes how  ZrCN coatings were deposited by reactive magnetron sputtering and investigated with a focus on the mechanical properties such as hardness, Young’s modulus and tribological behaviour. Turning tests were conducted in order to evaluate the applicability of ZrCN for cutting operations using the following parameters: Vc=200m/min; a= 0.1mm/rot; f=1mm in a commercial steel EN 30 CrNiMo 8.

An analysis of the elementary composition of the coatings deposited with varying parameters suggested a classification depending on the Zr content in the coating: Zone I, II and III with C_Zr > 60 at.%, 45 > C_Zr > 60 at.% and C_Zr < 40 at.%, respectively. According to X-ray diffraction measurements crystalline phases of ZrN are formed, whereas a tendency to form a more amorphous structure due to the formation of a ZrCN solid solution with increasing C content was observed as well. The mechanical properties of the coatings showing the formation of this solid solution are superior. In term of tribological behaviour the best performance was obtained with the coatings having a low Zr content.

Keywords: ZrCN, PVD, Hard coatings.

 

 

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