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Revestimento com filmes de nitreto de silício: promissor para aplicações de alta temperatura.

terça-feira, 14 de junho de 2011 11:25

A engenharia de superfícies estuda e aplica diversos procedimentos para modificar a superfície dos materiais. Um deles é a deposição de revestimentos (filmes finos) em ferramentas, componentes e produtos da indústria em geral, com o objetivo de aumentar sua vida útil e melhorar seu desempenho e propriedades.

Encontrar revestimentos de alta dureza que tenham um bom desempenho em temperaturas superiores aos 800° C é um dos desafios atuais da engenharia de superfícies. De fato, altas temperaturas estão presentes em vários processos industriais, alguns vantajosos do ponto de vista econômico e ambiental.

Um exemplo é a usinagem a seco, tecnologia que, ao suprimir o uso de fluidos lubri-refrigerantes, reduz drasticamente os custos da usinagem e torna o processo muito mais limpo para o meio ambiente e a saúde humana. Entretanto, na usinagem a seco, as ferramentas - principalmente as suas superfícies, que sofrem mais por estarem em contato com o meio ambiente - devem resistir às altas temperaturas de trabalho.

Os revestimentos protetores a base de titânio (Ti) são bem conhecidos e amplamente comercializados. Porém, eles se degradam em temperaturas superiores a 800°C. Assim, novos tipos de filmes estão sendo desenvolvidos, caracterizados e testados, entre eles, os revestimentos de nitreto de silício (Si3N4).

O nitreto de silício é um material cerâmico conhecido pelo seu bom desempenho a altas temperaturas e sua resistência ao desgaste, entre outras propriedades. Ele já é usado pela indústria automobilística, aeroespacial, eletrônica e metal-mecânica. Enquanto revestimento, o nitreto de silício vem sendo apontado como extremamente promissor nas pesquisas internacionais.

Tentando preencher uma lacuna na bibliografia, pesquisadores do INCT de Engenharia de Superfícies investigaram algumas propriedades do revestimento de nitreto de silício. Depositaram o filme nas amostras por meio da técnica de magnetron sputtering reativo e o submeteram à ação do oxigênio a uma temperatura de 1.000° C.

O trabalho foi realizado em conjunto por equipes do Instituto de Física da UFRGS e da UCS, ambas participantes do INCT de Engenharia de Superfícies. Foram utilizados, no total, seis equipamentos das duas instituições.

"A pesquisa mostrou o grande potencial do nitreto de silício como revestimento duro para aplicações de alta temperatura, do ponto de vista das propriedades mecânicas", afirma o professor Israel Baumvol, um dos autores do trabalho. De fato, o revestimento de nitreto de silício contrariou as tendências de outros revestimentos. Em altas temperaturas, apresentou boa resistência à oxidação, sua dureza aumentou, chegando a 21 GPa, e sua resistência ao desgaste dobrou.

Um artigo com os resultados desta pesquisa foi publicado em 2010 no Journal of Applied Physics.

Referência: C. Aguzzoli, C. Marin, C. A. Figueroa, G. V. Soares,and I. J. R. Baumvol. Physicochemical, structural, and mechanical properties of Si3N4 films annealed in O2. Journal of Applied Physics 107, 1 (2010)

Sobre o magnetron sputtering reativo

Trata-se de uma técnica de deposição de filmes finos por PVD (deposição física de vapor) realizada em câmara de vácuo.

Usando como exemplo os revestimentos de nitreto de silício, o processo de deposição pode ser descrito da seguinte maneira. Um alvo de silício de alta pureza é bombardeado por íons de argônio de alta energia que formam uma atmosfera de plasma. Em conseqüência do bombardeio, átomos de silício são arrancados da superfície do alvo e ejetados. O silício reage com o nitrogênio injetado na câmara e forma o nitreto de silício (Si3N4), que se deposita na superfície da amostra, ferramenta ou componente.

A técnica de magnetron sputtering é amplamente usada na indústria dos revestimentos. É uma tecnologia limpa para o meio ambiente.

Fonte: Gerência de Comunicação do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies

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