O guia completo para Revestimento DLC (Revestimento tipo diamante)

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

O que é o revestimento DLC?

Revestimento DLCO revestimento DLC, também conhecido como revestimento de carbono tipo diamante, é um revestimento de superfície especial (revestimento nanocompósito) com propriedades tipo diamante, tais como dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e inércia química. O revestimento DLC é normalmente composto por carbono e hidrogénio e é aplicado na superfície de vários materiais por deposição por evaporação física ou por deposição de vapor químico.

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

Uma história básica 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 num substrato à temperatura ambiente para produzir películas de DLC.

Em 1984, Lin Xigang et al. utilizaram a tecnologia de deposição por feixe de iões de baixa energia para preparar películas de carbono tipo diamante e testaram preliminarmente as suas propriedades mecânicas, ópticas e eléctricas.

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 várias indústrias, incluindo a médica, a aeroespacial e a de equipamento eletrónico.

Tipos de revestimento DLC

• a-C = carbono amorfo isento de hidrogénio
• ta-C = carbono amorfo sem hidrogénio ligado ao tetraedro
• a-C: H = Um carbono amorfo com hidrogénio
• a-C:H: Me = carbono amorfo dopado com metal e hidrogénio (Me = W, Ti)
• ta-C:H = Um carbono amorfo ligado a um tetraedro com hidrogénio
• a-C:H:Si = Trata-se de carbono amorfo dopado com Si e hidrogénio
• a-C:Me = carbono amorfo sem hidrogénio dopado com metal (Me = Ti)
• a-C:H:X = Carbono amorfo dopado com hidrogénio não metálico

Propriedades do revestimento DLC

Dureza: Com uma estrutura semelhante a um diamante, o revestimento DLC tem uma elevada dureza, com uma dureza de revestimento superior a 2300HV, que é 10 vezes mais dura do que a grafite. Isto torna-o muito eficaz no aumento da dureza da superfície 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 tem um baixo coeficiente de fricção (0,05-0,1), formando uma camada de fricção auto-lubrificante na superfície do produto, o que ajuda a reduzir a perda por fricção. Isto é particularmente útil em ambientes onde os lubrificantes são limitados ou não podem ser utilizados, como no equipamento aeroespacial, automóvel e industrial.

Resistência à corrosão: Os revestimentos DLC têm 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 têm 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 de implantes médicos e são biocompatíveis com o corpo humano, o que os torna amplamente utilizados na área médica, como em articulações artificiais, implantes e ferramentas cirúrgicas.

Condutividade: Alguns tipos de revestimentos DLC têm boa condutividade eléctrica, o que leva a algumas aplicações em dispositivos electrónicos, sensores e ecrãs.

Vantagens do revestimento DLC

Resistência à corrosão e ao desgaste: A camada protetora fornecida 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 extrema durabilidade. Com elevada dureza, resistência à corrosão e resistência ao desgaste, estes revestimentos podem ser utilizados durante longos períodos. Esta durabilidade assegura que o material revestido permanece resistente ao desgaste ou ao desvanecimento, desde que o material subjacente seja bem mantido.

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.

Aspeto melhorado: Os revestimentos DLC podem dar aos objectos um belo aspeto cinzento-escuro e melhorar a qualidade visual dos produtos.

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

Deposição de revestimento DLC

Existem vários métodos no mercado disponíveis para a deposição de revestimentos DLC, incluindo feixe de iões e feixe de electrões, PAVCDA tecnologia PVD e PAVCD é utilizada porque é considerada a mais consistente e de maior qualidade. Atualmente, no mercado, a utilização de PVD e PAVCD para revestimentos DLC é utilizada por ser considerada a mais consistente e de maior qualidade. De seguida, abordamos principalmente a tecnologia PVD e a tecnologia PACVD:

Tecnologia PVD

A deposição física de vapor (PVD) é uma nova tecnologia de deposição de película fina que envolve a transformação física do material alvo (material de origem) num gás ou plasma num ambiente de vácuo e a sua posterior deposição na superfície do substrato. É uma das principais técnicas de fabrico de superfícies atualmente utilizadas. Engloba principalmente três categorias principais: revestimento por evaporação em vácuo, revestimento por pulverização catódica em vácuo e revestimento por arco iónico em vácuo.

As películas depositadas 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 duração da película. Além disso, a película melhora significativamente as propriedades decorativas da peça de trabalho.

A tecnologia de revestimento PVD é um método de tratamento de superfícies amigo do ambiente que permite obter revestimentos de nível micrónico sem poluição. Pode ser utilizada para preparar várias películas de metal único (como alumínio, titânio, zircónio, crómio, etc.), películas de nitreto (TiN, ZrN, CrN, TiAlN) e películas de carboneto (TiC, TiCN), bem como películas de óxido (como TiO).

A espessura da película de revestimento PVD situa-se na gama dos microns, com uma espessura relativamente fina, geralmente de 0,3μm a 5μm. A espessura das películas de revestimento decorativo é tipicamente de 0,3 μm a 1 μm. Por conseguinte, pode melhorar várias propriedades físicas e químicas da superfície da peça de trabalho sem afetar significativamente as suas dimensões originais, eliminando a necessidade de pós-processamento.

Vantagens do PVD

Resistência ao desgaste: Os revestimentos PVD são muito duros e resistentes ao desgaste, o que os torna ideais para superfícies que sofrem 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 marítimos.

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

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

Tecnologia PACVD

PACVD é a forma abreviada de Deposição de Vapor Químico Assistido por Plasma. Este método de deposição é amplamente utilizado para depositar revestimentos de carbono tipo diamante. Este processo é baseado no vácuo e todos os edutos do processo PACVD ocorrem num estado gasoso. Em contraste com o PVD, o processo de deposição gasosa torna-o adequado para o revestimento 3D sem necessidade de rotação. Os revestimentos PACVD contêm cerca de 70% de ligações sp3 e são amorfos. A ligação sp3 é responsável pela propriedade de dureza ultra-alta (10-40GPa) do revestimento. A uma temperatura abaixo de 200 ℃, o PACVD pode depositar revestimentos para uma ampla gama de materiais de substrato não condutores e condutores.

Vantagens do PACVD

• Não é necessário pós-tratamento
• Pode depositar-se numa vasta gama de substratos
• Sem ocorrência de distorção num substrato de alta precisão
• Utiliza um processo gasoso que permite um revestimento uniforme

Dicas para melhorar a ligação entre o revestimento DLC e o material do substrato

Otimização do tratamento de superfície: A limpeza e o desbaste da superfície do substrato, através de métodos como a utilização de lixa, jato de areia e ataque ácido, podem ser utilizados para aumentar a energia da superfície e a área de contacto entre o revestimento e o substrato, melhorando assim a aderência.

Tratamento térmico: O ajuste do coeficiente de expansão térmica do revestimento e do material do substrato pode reduzir o stress causado pelas alterações de temperatura.

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

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

Tratamento de liga: A adição de elementos de liga ao material do substrato pode torná-lo mais compatível e mais forte na ligação com o material de revestimento.

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

Molde

O revestimento DLC tem as caraterísticas de superfície lisa, baixo coeficiente de atrito, fácil desmoldagem, resistência ao desgaste e boa condutividade térmica. O revestimento tem uma dureza extremamente elevada, e é difícil que a limpeza a alta pressão e as partículas do material o danifiquem, o que pode aumentar a vida útil do molde. Portanto, é frequentemente usado para fazer vários moldes, incluindo: moldes de estampagem, moldes de moldagem por injeção e moldes de semicondutores. Por exemplo: punções, moldes côncavos, peças de precisão e peças em relevo.

Médico

O revestimento DLC tem boa biocompatibilidade, o que pode fazer com que os tecidos biológicos e os materiais artificiais implantados coexistam pacificamente sem reação de rejeição. Pode ser utilizado como revestimento de superfície para materiais de articulações artificiais, materiais dentários, ossos artificiais, materiais de 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 fricção seca sem óleo lubrificante, sendo uma boa escolha para peças de motores de automóveis. O anel do pistão no motor do automóvel alterna para cima e para baixo no cilindro, e a superfície do anel raspa constantemente a parede interna do cilindro, resultando numa grande perda de potência de fricção, o que afecta grandemente o consumo de energia e a vida útil do motor.

Ferramenta

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

FAQs

O que são cores de revestimento DLC?

A cor do revestimento DLC é afetada pela espessura, estrutura e dopantes, não existindo uma cor fixa. Apresentará cores diferentes de acordo com os diferentes processos de preparação e componentes do material, variando de incolor e transparente a cinzento-preto, e até castanho ou amarelo. O mais comum é o revestimento cinzento-preto.

Quais são as limitações do revestimento DLC？

Os revestimentos DLC geram tensões internas durante o processo de deposição, o que pode levar à deformação do substrato ou mesmo à descamação do revestimento. A tensão excessiva pode também reduzir a resistência à abrasão e ao impacto do revestimento. Se o revestimento não for homogéneo, o desempenho de certas áreas será reduzido. Custo mais elevado em comparação com outros revestimentos.

Conclusão

Depois de ler este blogue, penso que deve ter uma noção mais clara do revestimento DLC. Nos últimos anos, o revestimento DLC tem sido cada vez mais utilizado em vários domínios, desde peças para automóveis a máquinas-ferramentas, passando por dispositivos médicos de precisão e molas comuns.

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