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 indústria.

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Nanotecnologia para motores eficientes e usinagem.

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 6. (*) http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html Exemplo de DLC em motores (Nissan Motors) – mecanismo de ação(*)
  7. 7. Exemplo de DLC em motores – mecanismo de ação(*) (*) http://www.nissan-global.com/EN/TECHNOLOGY/INTRODUCTION/DETAILS/DLC/index.html
  8. 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. 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. 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. 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. 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)

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