Desenvolvimento de revestimentos de diamante CVD/TiAlSiN para aplicações na indústria aeronáutica - Neves, Rui Filipe da Silva (2021)
Este projeto realizado em conjunto com a PALBIT S.A., consistiu no desenvolvimento de revestimentos de diamante sobre pastilhas de corte de metal duro (WC-7Co) sem revestimento e com revestimento de TiAlSiN, para o torneamento da liga Ti-6Al-4V usada em componentes aeronáuticos. Os revestimentos de TiAlSiN (com espessura ~ 3 µm) foram depositados pela empresa Palbit através da técnica HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering). No sentido de aumentar a resistência ao desgaste e prolongar o seu tempo de vida, as pastilhas de torneamento foram revestidas com filmes (de ~3 µm) de diamante microcristalino (MCD) e nanocristalino (NCD) em configurações monocamada e bicamada, por HFCVD (Hot Filament Chemical Vapour Deposition). De modo a maximizar a adesão dos filmes de diamante às ferramentas, foi efetuado um estudo de otimização de pré-tratamentos. As pastilhas de metal duro não revestidas, foram submetidas a um pré-tratamento químico e riscagem (ou semeadura) ultrassónica com pós de diamante de granulometria 6nm e 0,5-1 µm, e pré-tratamento por prensagem isostática a 500 MPa com pós de diamante de granulometria 6nm, 0,5-1, 10-20 e 40-60 µm. As pastilhas de metal revestidas com TiAlSiN foram submetidas a três tipos de pré tratamentos: riscagem (ou semeadura) por ultrassons, prensagem isostática (500 MPa) e por RF plasma (CF4 e O2). A seleção dos pré-tratamentos mais adequados foi efetuada através do comportamento das pastilhas revestidas com NCD em testes preliminares de adesão por indentação Rockwell C, e de maquinação da liga Ti-6Al-4V com velocidade de corte moderada (90 m/min). As pastilhas revestidas foram caracterizadas por SEM, EDS, TEM, perfilometria ótica e espectroscopia Raman. No caso das pastilhas de metal duro sem revestimento de TiAlSiN selecionou se o pré-tratamento químico e riscagem ultrassónica com pó de diamante de granulometria 0,5-1 µm. No caso das pastilhas revestidas com TiAlSiN, apenas o pré-tratamento por prensagem isostática a 500 MPa com pó de diamante de granulometria 0,5-1 µm garantiu o fecho completo do filme de NCD sem delaminação visível. Com base nos pré-tratamentos otimizados, revestiram-se as pastilhas para os ensaios de maquinação finais com filmes de MCD, NCD e bicamada, em que se aumentou a velocidade de corte (VC) de 90 para 110 m/min, na tentativa de replicar tanto quanto possível a realidade industrial. Observou-se que os principais mecanismos de desgaste identificados após a maquinação da liga Ti-6Al-4V foram adesão e abrasão. No caso das pastilhas revestidas por monocamadas, o revestimento de MCD demonstrou a melhor resistência ao desgaste (VBBmax= 0,354 mm ao fim de 15 minutos). No caso das pastilhas revestidas por bicamadas, o revestimento constituído por uma camada interna de TiAlSiN e uma camada externa de NCD (TiAlSiN-NCD), demonstrou a melhor resistência ao desgaste (VBBmax=0,443 mm ao fim de 15 minutos).