O documento discute a aplicação da nanotecnologia para melhorar a eficiência de motores e processos de usinagem. Ele explica o que é nanotribologia e como revestimentos de DLC e Si3N4 podem reduzir o atrito e desgaste em motores e ferramentas de corte, respectivamente. O documento também descreve propriedades e aplicações desses revestimentos, além de técnicas como tratamento termo-oxidativo para melhorar suas propriedades.

1. Nanotecnologia para Motores Eficientes e Usinagem
“Nanotribologia: Conceitos e Aplicações”
Prof. Dr. Carlos A. Figueroa - cafiguer@ucs.br
Laboratório de Engenharia de Superfícies e Tratamentos Térmicos
Universidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul-RS, Brasil
Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies (Seção Caxias do Sul)
Plasmar Tecnologia - Equipamentos e processos de modificação de superfícies por plasma
Caxias do Sul-RS, Brasil - www.plasmartecnologia.com.br

2. O que é Nanotribologia?
1 nm = 10-9
m
Uma ligação química padrão possui
um comprimento de 0,15 nm
É a ciência e engenharia da interação
de superfícies em movimento relativo.
Inclui o estudo e aplicação dos princípios
de atrito, lubrificação e desgaste.
Então, a nanotribologia envolve o estudo dos fenômenos
que acontecem na interação de duas superfícies em movimento relativo
considerando as forças e efeitos do mundo atômico.
Cuidado: como qualquer área de nanotecnologia, os fenômenos a nível
nanoscópico são geralmente diferentes dos fenômenos a nível macroscópico.

3. Aplicações 1: Revestimento DLC (diamond-like carbon)
Onde se aplica DLC atualmente ?
Cabeçote de leitura
e superfície do HD
Motores de competição
Folhas para máquina
de barbear
Vidros:
Leitora de código
de barras

4. Que é Diamond-Like Carbon ?
É um material composto de carbono do tipo
sp3
e sp2
Diamante
C-sp3
Material natural
mais duro (10.000 HV)
Grafite (lápis)
C-sp2
Excelente lubrificante
sólido

5. PROPRIEDADES DO MATERIAL (DLC)
Dureza (Vickers) 1.000-3.000 (ajustável)
Temperatura do processo de
deposição
150°C
Coeficiente de atrito
0,1 – 0,01 (depende do conteúdo
de H e lubrificante)
Espessura do revestimento 0,001-10 µm
Temperatura máxima de trabalho 300°C
Resistência química
Quimicamente inerte: não reage
com ácido nem com álcali.
Resistência elétrica 106
-1012
ohm-cm (isolante)
Acabamento do revestimento Idêntico ao substrato
C. Donnet e A. Erdemir, Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Ed. Springer (2008)

6. (*)
http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html
Exemplo de DLC em motores (Nissan Motors) –
mecanismo de ação(*)

7. Exemplo de DLC em motores – mecanismo de ação(*)
(*)
http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html

8. Aplicações 2: Revestimento Si3N4 para usinagem a seco
Broca com revestimento protetor
para usinagem a seco
No caso do Si3N4, ainda não existe
uma explicação do mecanismo de
ação.
Atualmente na UCS e dentro das
atividades do INES, estamos
pesquisando esse sistema.

9. Tratamento Termo-Oxidativo (TTO)
Si3N4 obtido por
magnetron
sputtering
Si3N4 obtido por
magnetron
sputtering
Tratamento com 18
O2
Tratamento com 18
O2
4 hora a 100 mbar4 hora a 100 mbarTemperaturas deTemperaturas de
500o
C500o
C 1000o
C1000o
C
Simula as condições de
trabalho real
Simula as condições de
trabalho real

10. 0 100 200 300 400 500
16
17
18
19
20
21
22
23
Sem TT
TT 500oC
TT 1000oC
Dureza(GPa)
T e m p e r t u r a d e D e p o s i ç ão (
o
C )
Nanodureza antes e após TTO
A dureza não muda após 4 h a 1000o
C

11. 0 5 10 15
0
20
40
60
80
100
Padrão SiO2
Temp. Amb. TT 1000o
C
D300o
C TT 1000o
C
D500o
C TT 1000o
C
Temp. Amb. TT 500o
C
D300o
C TT 500o
C
D500o
C TT 500o
C
18O(%)
Profundidade (nm)
Perfil de oxigênio no revestimento
Si
Si3N4
SiNxOy
Revestimento parcialmente oxidado
e em seção transversal depositado
sobre silício
1000º
C = 7-8 nm
500º
C = 3-4 nm

12. NanoTribômetro
NanoDureza e módulo
de elasticidade
Célula de líquidos
(Ex. lubrificante)
NanoDesgaste e
NanoScratch
(Ex. Adesão e atrito)
Módulo de alta
temperaura (até 550o
C)