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Title: Desenvolvimento de ferramentas de corte auto-lubrificantes utilizando deposição de filmes finos de MoS2/TiN em multicamadas por magnetron sputtering
Other Titles: Development of auto-lubricant cutting tool using thin films deposition of MoS2/TiN in multilayers by magnetron sputtering
Authors: Libório, Maxwell Santana
Keywords: Sólidos lubrificantes;Magnetron sputtering;Gaiola catódica;Ferramentas de corte;Metal duro;Bissulfeto de molibdênio (MoS2);Nitreto de titânio (TiN)
Issue Date: 24-Jan-2020
Citation: LIBÓRIO, Maxwell Santana. Desenvolvimento de ferramentas de corte auto-lubrificantes utilizando deposição de filmes finos de MoS2/TiN em multicamadas por magnetron sputtering. 2020. 101f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
Portuguese Abstract: A lubrificação no processo de fabricação representa até 17% no custo total da produção, sendo um fator importante para a indústria. Além do alto custo, no campo de fabricação e usinagem, o uso de fluidos de corte promovem riscos para saúde e meio ambiente. Portanto, um dos focos no estudo de lubrificantes está em substituir produtos químicos para tornar o processo cada vez mais limpo. Atualmente, a maioria das ferramentas de corte de alta velocidade apresentam revestimentos que diminui o uso de lubrificantes líquidos. Filmes sólidos lubrificantes como MoS2 são usados no controle de atrito e desgaste em aplicações tribológicas severas. Estes filmes são formados normalmente através de deposição por plasma por magnetron sputtering. Para produzir revestimento lubrificante em ferramenta de aço rápido e metal duro, neste trabalho, foi desenvolvido um processo híbrido de formação de filmes em multicamadas de nitreto de titânio (TiN) e bissulfeto de molibdênio (MoS2) usando as técnicas de deposição por gaiola catódica e magnetron sputtering. Os filmes foram depositados em substratos de aço M2 e ferramentas de WC. Foram realizados os ensaios de microdureza Vickers para quantificar a resistência superficial das amostras revestidas. Caracterizações químicas e morfológicas foram usadas neste estudo para relacionar a estrutura, fases e número de camadas dos filmes com a mudança do atrito e perda de energia na forma de calor no processo de usinagem. Difração de raios-X (DRX) e Espectroscopia de energia dispersiva (EDS) foram usados para determinar as fases e composição dos filmes, a morfologia foi observada por meio do ensaio de Microscopia de força atômica (MFA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A rugosidade foi medida com rugosímetro portátil e após os processos de deposição das camadas nos discos de aço M2 a avaliação do coeficiente de atrito foi feita por ensaio de HFRR e nas ferramentas de WC foi realizado o ensaio de usinagem em torno convencional. Neste ensaio foram apresentados resultados favoráveis a lubricidade do material, apresentando menor perda de energia em forma de calor e consequentemente, diminuição do atrito, o que resulta em aumento de vida útil e menor possibilidade de formação de trincas térmicas nas ferramentas submetidas ao processo híbrido (deposição por gaiola catódica e magnetron sputtering) apresentado neste trabalho.
Abstract: Lubrication in the manufacturing process represents up to 17 % of the total cost of production, therefore a factor of great interest for the industry. In addition to the high cost, in the field of manufacturing and machining, the use of cutting fluids promotes health and environmental risks. Therefore, one of the focuses in the study of lubricants is to replace chemicals products to make the process cleaner. Currently, the most high-speed cutting tools feature coating that replace the use of liquid lubricants or coolants. The use of solid lubricant films, such as MoS2 and graphite, are used in friction control of friction and wear in severe tribological applications. These coatings are usually formed by plasma deposition techniques such as magnetron sputtering. To produce hard and lubricating coating on fast steel and carbide tool In this work, a hybrid process for the formation of multilayer films of titanium nitride (TiN) and molybdenum disulfide (MoS2) was developed using the techniques of deposition by cathode cage and magnetron sputtering. The films were deposited on M2 steel substrates and WC tools. Vickers microhardness test were performed to quantify the surface resistance of the coated samples. Chemical and morphological characterizations were used in this study to relate the structure, phases and number of film layers to friction change and loss of energy in heat in machining process, X-ray Diffraction (XRD) and Dispersive Energy Spectroscopy (EDS) were used to determine the phases and composition, The morphology was observed by the Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM), it also provided the observation of the superficial changes caused by the deposition with cathodic cage and the thickness of the deposited films. The roughness was measured with a portable rugosimeter and after the layer deposition processes on M2 steel discs friction coefficient was evaluated by HFRR test and in WC tools the machining test was performed with conventional lathe. In the test were presented favorable results to the lubricy of the material, showing less energy loss in the form of heat and consequently, reduced friction, which results in increased service life and less possibility of thermal crack formation in tools subjected to the hybrid process (cathode cage deposition and magnetron sputtering) presented in this paper.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28617
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