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Contribuição do Instituto ao desenvolvimento de revestimentos de DLC mais aderentes

segunda-feira, 13 de maio de 2019 15:37

Membros da família dos filmes de DLC, os revestimentos de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), formados por átomos de carbono e hidrogênio, já são utilizados na indústria para, por exemplo, proteger materiais do desgaste e aumentar a eficiência energética em motores. Por apresentarem uma tonalidade preta e brilhante, esses revestimentos também são utilizados com fins decorativos em diversos produtos, desde relógios até acessórios de banho ou talheres.

Logicamente, um ponto muito importante para o sucesso dessas aplicações é que o revestimento tenha boa adesão ao material que se deseja proteger ou decorar. Para conseguir adesão a ligas metálicas, costuma-se depositar um filme de outro material entre o a-C:H e o material-base. Entretanto, até mesmo essa receita pode falhar em determinadas condições, gerando revestimentos que delaminam ou racham.

Uma pesquisa realizada no contexto do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies traz uma relevante contribuição à compreensão da adesão de filmes de carbono amorfo hidrogenado. O estudo, recentemente publicado em uma revista científica de alto impacto, também gerou um protocolo que indica, passo a passo, como obter revestimentos com alta adesão usando a técnica de deposição conhecida como PECVD, que tem menor custo que suas concorrentes.

Mais precisamente, os pesquisadores do Instituto conseguiram depositar revestimentos de a-C:H em ligas metálicas com camada intermediária de silício, carbono e hidrogênio (a-SiCX:H) mediante a técnica de PECVD, a temperaturas de até 150 °C (baixas neste contexto). Esse fato, que era inédito na literatura científica até a publicação do trabalho em questão, é bastante relevante porque permite que ligas metálicas sensíveis à alta temperatura sejam revestidas com filmes de a-C:H. Dessa maneira, a descoberta traz possibilidades de novas aplicações para esses filmes e de novos usos para essas ligas metálicas.

O segredo passa por compreender como ocorre a adesão da parte mais superficial da camada intermediária com o revestimento. Essa adesão acontece graças a ligações químicas fortes entre átomos das duas camadas (principalmente, ligações silício - carbono e carbono - carbono). Entretanto, a camada intermediária está geralmente "contaminada" por átomos de oxigênio provenientes de compostos usados na sua fabricação e do ambiente. E esses átomos de oxigênio também formam ligações (mais fracas) com o silício e o carbono.

A solução consiste, então, em evitar ou quebrar as ligações químicas que ocorrem dentro da camada intermediária com participação do oxigênio, e, assim, favorecer a formação de ligações entre essa camada e o revestimento, envolvendo apenas átomos de silício e carbono. Essa eliminação do oxigênio da estrutura do material pode ser conseguida por meio de processos realizados em altas temperaturas. A alternativa encontrada pela equipe do Instituto foi a aplicação de uma tensão elétrica de 800 V durante a aplicação da camada intermediária, situação que gerou amostras quase livres de oxigênio mesmo mantendo baixas temperaturas de processo.

"A principal novidade deste trabalho é controlar a química da interface a partir de um parâmetro físico: a diferença de potencial aplicada ao substrato", comenta o professor Carlos A. Figueroa (UCS), autor correspondente do artigo que reporta este trabalho no periódico ACS Applied Materials & Interfaces.

O trabalho foi realizado na seção UCS do Instituto com colaboração da seção UNICAMP do Instituto e participação da empresa Plasmar Tecnologia, também participante do Instituto. O estudo foi desenvolvido durante o mestrado de Ângela Elisa Crespi, com orientação do professor Figueroa. Crespi defendeu sua dissertação em março de 2018 pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais da Universidade de Caxias do Sul (PGMAT-UCS).

O estudo foi financiado com recursos do CNPq mediante o Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies, apoio financeiro da Plasmar Tecnologia e bolsas do CNPq e CAPES.

Referência: Substrate Bias Voltage Tailoring the Interfacial Chemistry of a-SiCx:H: A Surprising Improvement in Adhesion of a-C:H Thin Films Deposited on Ferrous Alloys Controlled by Oxygen. Ângela E. Crespi, Leonardo M. Leidens, Vinicius Antunes, Bruna L. Perotti, Alexandre F. Michels, Fernando Alvarez, and Carlos A. Figueroa. ACS Appl. Mater. Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.9b03597. Publication Date (Web): April 5, 2019

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

Palavras-chave: adesão, baixo atrito, camada intermediária, carbono amorfo hidrogenado, DLC, filmes finos, ligas metálicas, plasmar tecnologia, revestimentos decorativos, UCS