O Guia Completo do Revestimento DLC (Diamond Like Coating)

Existem vários métodos de tratamento superficial disponíveis tanto para peças metálicas como plásticas, e o revestimento DLC é uma das técnicas mais importantes e mais utilizadas. Neste artigo, vamos conhecer em conjunto o que é o revestimento DLC, as suas características, vantagens e aplicações.

O que é o Revestimento DLC?

Revestimento DLC, também conhecido como revestimento de carbono tipo diamante, é um revestimento superficial especial (revestimento nanocompósito) com propriedades semelhantes às do diamante, como dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e inércia química. O revestimento DLC é geralmente composto por carbono e hidrogénio e é aplicado na superfície de diversos materiais por deposição física em fase de vapor ou deposição química em fase de vapor.

O DLC é uma forma metaestável de carbono amorfo tipo diamante com uma proporção de ligações sp2 e sp3. É frequentemente utilizado para aumentar a dureza e a resistência ao desgaste das superfícies dos materiais, reduzindo simultaneamente o atrito e a aderência superficial. O revestimento de carbono tipo diamante (DLC) é um novo avanço tecnológico nos revestimentos PVD + PECVD que alcançou um sucesso generalizado na indústria comercial.

Breve História do Revestimento DLC

Na década de 1970, Sol e Ronald, da Alemanha, utilizaram a deposição por feixe de iões para depositar iões de carbono monovalentes sobre um substrato à temperatura ambiente, produzindo filmes DLC.

Em 1984, Lin Xigang e outros utilizaram a tecnologia de deposição por feixe de iões de baixa energia para preparar filmes de carbono tipo diamante e testaram preliminarmente as suas propriedades mecânicas, óticas e elétricas.

Após a década de 1990, os investigadores começaram a estudar o DLC dopado e continuaram a explorar novos tipos de revestimentos DLC e a desenvolver técnicas de deposição mais avançadas para melhorar o seu desempenho. Os revestimentos DLC tornaram-se uma tecnologia madura e têm sido amplamente utilizados em diversas indústrias, incluindo equipamentos médicos, aeroespaciais e eletrónicos.

Tipos de Revestimento DLC

• a-C = carbono amorfo sem hidrogénio
• ta-C = carbono amorfo sem hidrogénio com ligações tetraédricas
• a-C: H = carbono amorfo com hidrogénio
• a-C:H: Me = carbono amorfo com hidrogénio dopado com metal (Me = W, Ti)
• ta-C:H = carbono amorfo com hidrogénio com ligações tetraédricas
• a-C:H:Si = carbono amorfo com hidrogénio dopado com Si
• a-C:Me = carbono amorfo sem hidrogénio dopado com metal (Me = Ti)
• a-C:H:X = carbono amorfo com hidrogénio dopado com não-metal

Propriedades do Revestimento DLC

Dureza: Com uma estrutura tipo diamante, o revestimento DLC apresenta elevada dureza, com uma dureza do revestimento superior a 2300HV, o que é 10 vezes mais duro do que a grafite. Isto torna-o muito eficaz no reforço da dureza superficial e da resistência ao desgaste dos materiais. Esta dureza permite a sua utilização generalizada em peças mecânicas, ferramentas de corte e rolamentos.

Baixo Coeficiente de Atrito: A superfície lisa do revestimento DLC apresenta um baixo coeficiente de atrito (0,05-0,1), formando uma camada de atrito autolubrificante na superfície do produto, o que ajuda a reduzir as perdas por atrito. Isto é particularmente útil em ambientes onde os lubrificantes são limitados ou não podem ser utilizados, como na aeronáutica, na indústria automóvel e em equipamentos industriais.

Resistência à Corrosão: Os revestimentos DLC apresentam uma certa resistência à corrosão química, o que ajuda a melhorar a resistência à corrosão dos materiais. Isto leva a aplicações em ambientes marinhos, na indústria química e em dispositivos médicos.

Estabilidade Térmica: Os revestimentos DLC apresentam uma boa estabilidade em ambientes de alta temperatura e podem suportar temperaturas até 450 °C. Isto permite a sua utilização generalizada em processos de alta temperatura e em componentes de motores automóveis.

Biocompatibilidade: Alguns tipos de revestimentos DLC cumprem as normas para implantes médicos e são biocompatíveis com o corpo humano, o que os torna amplamente utilizados na área médica, como em articulações artificiais, implantes e instrumentos cirúrgicos.

Condutividade: Alguns tipos de revestimentos DLC apresentam uma boa condutividade elétrica, o que leva a algumas aplicações em dispositivos eletrónicos, sensores e ecrãs.

Vantagens do Revestimento DLC

Resistência à Corrosão e ao Desgaste: A camada protetora proporcionada pelo revestimento DLC ajuda a manter a integridade e a funcionalidade do material subjacente, mesmo em condições ambientais adversas.

Durabilidade: Os revestimentos DLC são conhecidos pela sua durabilidade extrema. Com elevada dureza, resistência à corrosão e resistência ao desgaste, estes revestimentos podem ser utilizados durante longos períodos. Esta durabilidade garante que o material revestido se mantém resistente ao desgaste ou ao desbotamento, desde que o material subjacente seja bem conservado.

Respeito pelo ambiente: Os revestimentos DLC não utilizam produtos químicos nocivos e são geralmente mais seguros tanto para o ambiente como para os operadores envolvidos no processo de revestimento.

Aparência melhorada: Os revestimentos DLC conferem aos objetos uma bela aparência cinzento-escura e melhoram a qualidade visual dos produtos.

Versatilidade: Ao alterar as condições de deposição e adicionar dopantes, o desempenho dos revestimentos DLC pode ser ajustado para satisfazer diversas necessidades de aplicação.

Deposição do revestimento DLC

Existem no mercado vários métodos disponíveis para a deposição de revestimentos DLC, incluindo feixe de iões, feixe de eletrões, PAVCD, pulverização catódica, arco catódico e laser. Atualmente no mercado, recorre-se à utilização de PVD e PAVCD para revestimentos DLC por serem considerados os métodos mais consistentes e de maior qualidade. Em seguida, abordamos principalmente a tecnologia PVD e a tecnologia PACVD:

Tecnologia PVD

A deposição física em fase de vapor (PVD) é uma tecnologia inovadora de deposição de filmes finos que consiste em transformar fisicamente o material-alvo (material de origem) em gás ou plasma num ambiente de vácuo e depois depositá-lo na superfície do substrato. É uma das principais técnicas de fabrico de superfícies atualmente utilizadas. Abrange principalmente três grandes categorias: revestimento por evaporação a vácuo, revestimento por pulverização catódica a vácuo e revestimento iónico por arco a vácuo.

Os filmes depositados com a tecnologia de revestimento PVD apresentam elevada dureza, elevada resistência ao desgaste (baixo coeficiente de atrito), excelente resistência à corrosão e estabilidade química, o que resulta numa maior vida útil do filme. Além disso, o filme melhora significativamente as propriedades decorativas da peça.

A tecnologia de revestimento PVD é um método de tratamento de superfícies respeitador do ambiente que permite obter verdadeiramente revestimentos à escala micrométrica sem poluição. Pode ser utilizada para preparar diversos filmes de metal único (como alumínio, titânio, zircónio, crómio, etc.), filmes de nitreto (TiN, ZrN, CrN, TiAlN) e filmes de carboneto (TiC, TiCN), bem como filmes de óxido (como TiO).

A espessura do filme de revestimento PVD situa-se na ordem dos micrómetros, sendo relativamente fina, geralmente entre 0,3 μm e 5 μm. A espessura dos filmes de revestimento decorativo é tipicamente de 0,3 μm a 1 μm. Por conseguinte, permite melhorar diversas propriedades físicas e químicas da superfície da peça sem afetar significativamente as suas dimensões originais, eliminando a necessidade de pós-processamento.

Resistência ao desgaste: Os revestimentos PVD são muito duros e resistentes ao desgaste, o que os torna ideais para superfícies sujeitas a utilização e desgaste frequentes.

Resistência à Corrosão: Os revestimentos PVD podem proporcionar uma camada adicional de proteção contra a corrosão, o que os torna uma boa escolha para ambientes exteriores ou marinhos.

Estética melhorada: Os revestimentos PVD podem ser aplicados em diversas cores, proporcionando uma vasta gama de opções estéticas.

Respeitador do ambiente: Os processos de revestimento PVD não libertam produtos químicos nocivos, o que os torna mais respeitadores do ambiente do que outros processos de revestimento.

Tecnologia PACVD

PACVD é a abreviatura de Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition (deposição química em fase de vapor assistida por plasma). Este método de deposição é amplamente utilizado para depositar revestimentos de carbono tipo diamante. Este processo é realizado em vácuo e todos os edutos do processo PACVD encontram-se em estado gasoso. Ao contrário do PVD, o processo de deposição gasoso torna-o adequado para revestimento 3D sem necessidade de rotação. Os revestimentos PACVD contêm cerca de 70% de ligações sp3 e são amorfos. As ligações sp3 são responsáveis pela dureza ultraelevada (10-40 GPa) do revestimento. A temperaturas inferiores a 200 ℃, o PACVD pode depositar revestimentos numa vasta gama de materiais de substrato condutores e não condutores.

• Não é necessário pós-tratamento
• Pode ser depositado numa vasta gama de substratos
• Não ocorre distorção em substratos de alta precisão
• Utiliza um processo gasoso que permite um revestimento uniforme

Dicas para melhorar a adesão do revestimento DLC ao material do substrato

Otimização do tratamento de superfície: Para limpar e tornar rugosa a superfície do substrato, podem utilizar-se métodos como lixa, jato de areia e decapagem ácida, de modo a aumentar a energia superficial e a área de contacto entre o revestimento e o substrato, melhorando assim a adesão.

Tratamento térmico: Ajustar o coeficiente de dilatação térmica do revestimento e do material do substrato para que coincidam pode reduzir as tensões causadas pelas variações de temperatura.

Utilização de agentes de acoplamento: A aplicação ou imersão de um agente de acoplamento entre o revestimento e o substrato permite que as moléculas orgânicas reajam quimicamente com a superfície do substrato, formando ligações químicas fortes que melhoram a adesão.

Implantação iónica: A introdução de elementos metálicos na superfície do substrato através de implantação iónica pode criar uma camada intermédia com boa adesão ao material do revestimento, reforçando assim a força de ligação.

Tratamento de liga: A adição de elementos de liga ao material do substrato pode torná-lo mais compatível e com maior força de ligação em relação ao material do revestimento.

Utilização de revestimentos compósitos: A adição de uma ou mais camadas intermédias com elevada adesão entre o revestimento e o substrato, como metais, cerâmicas ou outros materiais poliméricos, pode melhorar a adesão entre o revestimento e o substrato.

Aplicações do revestimento DLC

O revestimento DLC pode melhorar o desempenho dos materiais, prolongar a vida útil e melhorar a resistência à corrosão dos materiais. É amplamente utilizado em moldes, medicina, automóveis e ferramentas de corte.

Moldes

O revestimento DLC caracteriza-se por uma superfície lisa, baixo coeficiente de atrito, fácil desmoldagem, resistência ao desgaste e boa condutividade térmica. O revestimento tem uma dureza extremamente elevada, sendo difícil que o jato de alta pressão e as partículas do material o danifiquem, o que pode aumentar a vida útil do molde. Por isso, é frequentemente utilizado na produção de diversos moldes, incluindo: moldes de estampagem, moldes de injeção e moldes para semicondutores. Por exemplo: punções, matrizes, corte fino de precisão e peças de relevo.

Medicina

O revestimento DLC tem boa biocompatibilidade, o que permite que os tecidos biológicos e os materiais artificiais implantados coexistam pacificamente sem reação de rejeição. Pode ser utilizado como revestimento superficial para materiais de próteses articulares, materiais dentários, ossos artificiais, materiais para válvulas cardíacas artificiais, agulhas cirúrgicas e cateteres médicos.

Automóvel

O revestimento DLC pode desempenhar um bom papel na lubrificação e resistência ao desgaste em condições de atrito seco, sem óleo lubrificante, sendo uma boa escolha para peças de motores de automóvel. O segmento do pistão no motor de automóvel move-se alternadamente para cima e para baixo no cilindro, e a superfície do segmento raspa constantemente a parede interior do cilindro, resultando numa grande perda de potência por atrito, o que afeta consideravelmente o consumo de energia e a vida útil do motor.

Ferramentas

O revestimento DLC tem um baixo coeficiente de atrito e uma forte resistência ao desgaste. Pode melhorar eficazmente a vida útil das ferramentas de corte e permitir que as ferramentas obtenham excelentes propriedades mecânicas globais, melhorando consideravelmente a eficiência da usinagem. O revestimento DLC tornou-se um material de revestimento ideal para ferramentas de aço rápido e de metal duro.

Perguntas frequentes

Quais são as cores do revestimento DLC?

A cor do revestimento DLC é influenciada pela espessura, estrutura e dopantes, não existindo uma cor fixa. Apresenta cores diferentes consoante os processos de preparação e os componentes dos materiais, variando de incolor e transparente a cinzento-escuro, e até castanho ou amarelo. A mais comum é o revestimento cinzento-escuro.

Quais são as limitações do revestimento DLC?

Os revestimentos DLC geram tensões internas durante o processo de deposição, o que pode provocar a deformação do substrato ou até o descolamento do revestimento. Uma tensão excessiva também pode reduzir a resistência ao desgaste e ao impacto do revestimento. Se o revestimento não for homogéneo, o desempenho de determinadas zonas será reduzido. Custo mais elevado em comparação com outros revestimentos.

Conclusão

Depois de ler este artigo, acredito que terá uma compreensão mais clara do revestimento DLC. Nos últimos anos, o revestimento DLC tem sido cada vez mais utilizado em diversas áreas, desde peças automóveis a ferramentas de máquinas, tanto em dispositivos médicos de precisão como em molas comuns.

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