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Nanotecnologia para motores eficientes e usinagem.

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Apresentação do prof. Carlos Alejandro Figueroa (Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies - seção UCS) para evento no Simecs no dia 21 de outubro de 2010, destinado a profissionais da …

Apresentação do prof. Carlos Alejandro Figueroa (Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies - seção UCS) para evento no Simecs no dia 21 de outubro de 2010, destinado a profissionais da indústria.

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  • 1. Nanotecnologia para Motores Eficientes e Usinagem “ Nanotribologia: Conceitos e Aplicações” Prof. Dr. Carlos A. Figueroa - [email_address] 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? Cuidado: como qualquer área de nanotecnologia, os fenômenos a nível nanoscópico são geralmente diferentes dos fenômenos a nível macroscópico. 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.
  • 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 sp 3 e sp 2 Diamante C-sp 3 Material natural mais duro (10.000 HV) Grafite (lápis) C-sp 2 Excelente lubrificante sólido
  • 5. C. Donnet e A. Erdemir, Tribology of Diamond-Like Carbon Films, Ed. Springer (2008) PROPRIEDADES DO MATERIAL (DLC) Dureza (Vickers) 1.000-3.000 (ajust ável ) 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 10 6 -10 12  ohm-cm (isolante) Acabamento do revestimento Idêntico ao substrato
  • 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 Si 3 N 4 para usinagem a seco Broca com revestimento protetor para usinagem a seco No caso do Si 3 N 4 , 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) Si 3 N 4 obtido por magnetron sputtering Tratamento com 18 O 2 4 hora a 100 mbar Temperaturas de 500 o C 1000 o C Simula as condições de trabalho real
  • 10. Nanodureza antes e após TTO A dureza não muda após 4 h a 1000 o C
  • 11. Perfil de oxigênio no revestimento Si Si 3 N 4 SiN x O y Revestimento parcialmente oxidado e em seção transversal depositado sobre silício 1000 º C = 7-8 nm 500 º 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 550 o C)