Nesta edição, trataremos de importantes processos de revestimento para ferramentas e componentes mecânicos de precisão: PVD e CVD
Nesta edição trataremos de importantes processos de revestimento para ferramentas e componentes mecânicos de precisão: o PVD e o CVD. O nome do primeiro deve-se às iniciais em inglês de Physical Vapor Deposition, deposição física de vapor e analogamente o nome do segundo deve-se à Chemical Vapor Deposition, deposição química de vapor.
Nos dois processos gera-se camadas tipicamente de poucos μm de espessura. Apesar de relativamente finas, estas camadas quando combinadas corretamente com o substrato, propiciam um grande ganho de desempenho das peças revestidas.
Em principio estes processos reproduzem o acabamento superficial do substrato, portanto a sua aplicação pressupõe que a peça a ser revestida esteja com dimensões e acabamento finais, sendo o revestimento a última operação no processo de fabricação.
As camadas PVD / CVD podem ter três tipos básicos de estrutura: monolítica, com gradiente de composição ao longo da espessura, ou na forma de camadas sobrepostas (multicamadas). Estes três tipos também podem ser combinados.
Processo PVD
Ocorre dentro de uma câmara sob vácuo, onde o material a ser depositado é inicialmente vaporizado e ionizado formando um plasma. Por diferença de potencial, os íons, de forma pura ou combinados com átomos de nitrogênio e/ou carbono, são atraídos para a superfície das peças a serem revestidas.
Existem três tecnologias básicas para a vaporização do elemento principal da camada, que se encontra no estado sólido na forma de um catodo: arco elétrico, desintegração por bombardeamento com átomos de argônio (sputtering), ou por feixe de elétrons.
Neste processo, para o revestimento ocorrer de forma adequada em termos de espessura, estrutura atômica e aderência, é importante que as superfícies úteis das peças a serem revestidas estejam “na linha de visão” do catodo. Isto torna importante a montagem de carga e a criação de dispositivos específicos que garantam a exposição correta das peças.
“Existem três tecnologias básicas para a vaporização do elemento principal da camada, que se encontra no estado sólido na forma de um catodo: arco elétrico, desintegração por bombardeamento com átomos de argônio (sputtering), ou por feixe de elétrons”
O PVD geralmente ocorre a temperaturas entre 180 e 500°C, o que faz com que uma grande gama de ligas metálicas possa ser revestida sem afetar suas propriedades estruturais, notadamente a dureza obtida em um tratamento térmico anterior.
Exemplos de camadas típicas obtidas pelo processo PVD: TiN, CrN, AlTiN, AlCrN, TiBN, TiCN.
Algumas das principais características destas camadas são: elevada dureza, que pode ir de 1800 a 3500HV, a temperatura de utilização que vai de 400 a 900°C, além de propriedades antiaderentes.
As camadas PVD podem fazer ferramentas durar até 10x mais quando comparado à vida de uma ferramenta apenas com tratamento térmico, além de permitir a utilização de ferramentas em condições de maior produtividade.
Processo CVD
Também ocorre dentro de uma câmara sob vácuo, neste processo, o elemento a ser depositado vem da decomposição de um gás a partir de uma reação química. O material da camada condensa na superfície das peças que são revestidas.
Comparativamente ao PVD, o processo CVD não tem a limitação da “linha de visão” das peças com relação à fonte das material a ser revestido, o que torna a montagem de cargas bem mais simples. Neste caso, basta que se consiga um fluxo laminar e uniforme dos gases gerados por toda a carga.
Já em termos de temperatura, o processo ocorre normalmente entre 600 e 1000°C, o que limita significativamente os tipos de materiais que podem ser revestidos. Tipicamente os substratos são de metal duro.
Exemplos de camadas obtidas pelo processo CVD: TiN, TiC, TiCN, TiBN, Al2O3.
As características destas camadas são similares às das camadas PVD, mas o CVD proporciona em alguns casos uma temperatura de trabalho superior, podendo chegar a 1200°C. Os benefícios do revestimento CVD aplicado sobre ferramentas são semelhantes aos conseguidos com o PVD.
Processo combinado PVD / PACVD
Os processos PVD e CVD podem ser combinados de forma sequencial em uma mesma câmara. Nesta configuração, o processo CVD é modificado para ocorrer a temperaturas entre 180 e 350°C. Para que isto seja possível, a decomposição dos gases que geram a camada a ser depositada é ativada por plasma, daí o nome PACVD, Plasma Activated CVD.
Com a técnica do PACVD, uma importante família de revestimentos pode ser produzida, que é a das camadas DLC (Diamond Like Carbon). Estas camadas, geralmente depositadas sobre um filme prévio de PVD, são à base de carbono e combinam características de deslizamento do grafite e resistência a riscamento do diamante.
Assim sendo, as principais características das camadas DLC são: baixos coeficientes de atrito, abaixo de 0,20, e altas durezas, que podem ir até 3000HV e em condições especiais a valores ainda maiores.
As vantagens principais destas camadas estão na minimização de perdas por atrito, maximização de resistência a desgaste e aumento de confiabilidade de componentes mecânicos de precisão.
