BR112014008486B1 - combinação de duas peças de atrito e um lubrificante incluindo um modificador de atrito - Google Patents

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Abstract

combinação de duas peças de atrito e um lubrificante incluindo um modificador de atrito o meio lubrificado compreende um modificador de atrito. o revestimento é aplicado à peça. de acordo com a invenção, o revestimento é de nitreto cromo e o modificador de atrito é o modtc. o nitreto de cromo é selecionado de maneira a ter uma cristalização do tipo nacl com microdureza de 1800+/-200 hv.

Description

COMBINAÇÃO DE DUAS PEÇAS DE ATRITO E UM LUBRIFICANTE INCLUINDO
UM MODIFICADOR DE ATRITO [0001] A invenção refere-se ao domínio técnico da tribologia em meio lubrificado.
[0002] A invenção diz respeito particularmente às peças de atrito operando em meio lubrificado contendo um modificador de atrito, como por exemplo, os componentes automotivos.
[0003] É notoriamente conhecido pelo versado na técnica o uso de revestimentos finos do tipo DLC para reduzir a atrito de componentes mecânicos em funcionamento em meio lubrificado.
[0004] Os revestimentos DLC também são conhecidos por ter a segunda função de proteger os revestimentos contra o desgaste.
[0005] Tendo ainda com objetivo permitir uma significativa redução do coeficiente de atrito, foi proposto o adicionamento de um aditivo modificador de atrito. Esse aditivo é vantajosamente o MoDTC que, em contato quente causado por atrito, reage quimicamente para dar origem à formação de compostos do tipo MoS2 atua como um lubrificante sólido perfeitamente conhecido pelo versado na técnica.
[0006] A julgar pelo atual estado da técnica, parece interessante a combinação entre os efeitos do DLC e do MoDTC para que se possa beneficiar do efeito de sinergia entre os dois, a fim de se reduzir ainda mais o coeficiente de atrito.
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2/8 [0007] No entanto, tornou-se claro, como um resultado dos testes efetuados, que tal combinação não traz resultados satisfatórios. Nomeadamente, verificou-se que o revestimento DLC que continham hidrogênio, apresentaram uma taxa de desgaste importante na presença do MoDTC. Quando o revestimento DLC não está hidrogenado, o fenômeno de desgaste é menos importante, mas neste caso, a aplicação depende de uma técnica complexa e cara.
[0008] De uma forma surpreendente e inesperado os ensaios demonstraram que, em um meio lubrificado, com um modificador de atrito MoDTC, o fato de substituir o revestimento DLC por um revestimento de nitreto de cromo, gera resultados particularmente satisfatórios tanto a nível da redução do coeficiente de atrito quanto a proteção contra o desgaste da peça considerada.
[0009] Em outras palavras, ao contrário do DLC usado em um meio lubrificado e contendo um modificador de atrito MoDTC onde acontece o fenômeno de desgaste, tal fenômeno não ocorre com o nitreto de cromo.
[0010] A invenção consiste, portanto, na combinação dos efeitos do nitreto de cromo e do MoDTC para reduzir significativamente o coeficiente de atrito, sem alteração na durabilidade.
[0011] Esta seleção do nitreto de cromo contradiz os conhecimentos gerais dos versados na técnica que usam quase que exclusivamente o DLC, no lugar do nitreto de cromo, em
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3/8 meios lubrificados que não compreendem um modificador de atrito.
[0012] Testes de atrito foram realizados a fim de se avaliar o comportamento, em um meio lubrificado com um modificador de atrito MoDTC, de um revestimento DLC e de um revestimento de nitreto de cromo, recordando, de perfeitamente conhecida, que no caso de um revestimento DLC, a fim de reforçar a sua resistência mecânica, pode-se depositar uma subcamada de, por exemplo, nitreto cromo. Observa-se na tabela abaixo, que mostra os ensaios realizados com quatro revestimentos, a saber, DCX-0, DCX-1, DCX-2, DCX-3, o revestimento DCX-3 é representativo da invenção.
Referência Descrição
DCX-0 CrN (0,8 pm) + DLC (2,0 pm)
DCX-1 CrN (0,8 pm) + DLC (2,0 pm) + a-C (0,8 μ)
DCX-2 CrN (0,8 μm) + DLC (2,0 μm) + acabamento com plasma de O2
DCX-3 CrN (0,8 μm)
[0013] O conjunto das camadas tem um revestimento de nitreto de cromo obtido por pulverização catódica reativa por magnetron. No conjunto dos revestimentos, procede-se em um primeiro momento à limpeza dos corpos de prova de aço que, em seguida, são posicionados em suportes colocados dentro da câmara de depósito a vácuo. Durante o bombeamento e evacuação da câmara, procede-se a um aquecimento do interior da máquina e das peças a serem revestidas, a uma temperatura de 150°C
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4/8 durante 2h, com o objetivo de remover os gases das peças e da máquina do depósito. Em seguida, as peças são sujeitas a uma decapagem iônica em uma atmosfera de argônio, que tem por objetivo eliminar as finas camadas naturais de óxido e assim permitir uma forte aderência do revestimento. A deposição do nitreto de cromo é obtida por pulverização catódica reativa por magnetron de um nível alvo de Cr em uma mistura de argônio e nitrogênio. O fluxo de nitrogênio é dependente de uma medição óptica de emissão do Cr no plasma, para que o depósito contenha 40+/-5% de nitrogênio em átomos. Assim, obtém-se um depósito de CrN apresentando uma cristalização cfc do tipo NaCl, cuja microdureza é 1800+/-200 HV. Para os revestimentos DCX-0, DCX-1 e DCX-2, depositou-se o revestimento de DLC tipo a-C:H pela técnica PACVD, craqueando um hidrocarboneto com plasma de, no caso, acetileno. No caso do DCX-1, procede-se a um depósito final de uma camada do tipo a-C pulverização catódica por magnetron de um nível alvo de grafite. No caso do DCX-2, gerou-se um plasma de oxigênio puro e bombardeou-se o depósito com íons do plasma durante 10 minutos, o que permite modificar a química da superfície do depósito.
0014] Estes testes foram feitos com um tribômetro alternativo de configuração de bola sobre plano. Para estes testes, o plano é constituído de um corpo de prova de aço, polido a um nível de Ra de 0,02 pm. A bola feita em aço 100Cr6 e tem um diâmetro de 10 mm. Para todos os testes, os revestimentos são aplicados sobre a bola.
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5/8 [0015]
A carga aplicada sobre a bola é de 10N, o que dá um diâmetro de Hertzien de contato de 140 pm e uma pressão média de 0,68 GPa.
[0016] A bola é animado por um movimento alternativo, cuja raça é de 10 mm. A velocidade de patinagem segue um perfil do tipo senoidal, cujo valor médio é de 3,5 cm/s.
[0017] O teste é realizado por um período de 15000 ciclos e a uma temperatura de 110°C. As condições de velocidade de deslizamento, de pressão e temperatura, são tais que os aditivos de redução do atrito reagem de maneira a exercer sua função. No final do teste, observa-se a bola e mede-se o diâmetro da marca de atrito ou desgaste, da qual se calcula o volume desgastado. O gráfico anexo (figura 1) resume as velocidades de desgaste médio (o volume gasto depende do número de ciclos de atrito). Para cada revestimento foram realizados 3 ensaios e o desgaste médio foi calculado. As barras de erro representadas não representam um erro e sim o menor e o maior valor para esses 3 ensaios.
[0018] Para cada um dos testes e para cada um dos diferentes revestimentos, as medidas foram realizadas na presença de um óleo automotivo comercial contendo o modificador de atrito
MoDTC.
[0019] Tornam-se evidentes a partir do gráfico as seguintes observações:
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6/8 [0020] - Para o revestimento DCX-0, o desgaste é particularmente importante, o que não ocorre no caso do mesmo tipo de revestimento em meio lubrificado que não contém o modificador de atrito MoDTC.
[0021] - Para o revestimento DCX-1, a adição de uma camada de carbono amorfo não hidrogenado sobre o DLC tende a reduzir a taxa de desgaste em um fator de aproximadamente 2,9.
[0022] - Para o revestimento DCX-2, vê-se que a modificação da superfície DLC por um plasma de oxigênio não tem influência significativa na taxa de desgaste do DLC, mesmo a energia da superfície sendo completamente alterada.
[0023] - O revestimento DCX-3, de acordo com a invenção, apresentou desgaste nulo ao fim do teste, o diâmetro de atrito é ligeiramente maior que o diâmetro inicial do contato. O nitreto de cromo apresenta uma dureza da ordem de 1800 Hv.
[0024] A tabela abaixo resume os valores de taxa de desgaste média que aparecem no gráfico anexo.
Referência Taxa de desgaste em pm3/ciclo
DCX-0 1,68
DCX-1 0,56
DCX-2 1,26
DCX-3 0,42
Aço 0,45
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7/8 [0025] A tabela abaixo dá os valores dos coeficientes de atrito ao fim dos testes.
Referência Coeficiente de atrito
DCX-0 0,031+/-0,016
DCX-1 0,032+/-0,009
DCX-2 0,025+/-0,003
DCX-3 0,031+/-0,001
Aço 0,040+/-0,005
[0026] A partir dessas tabelas observa-se que todas as soluções contendo um revestimento apresentaram coeficientes de atrito médios semelhantes.
0027] A grande dispersão no caso da DCX-0 está ligada ao desgaste. Nota-se que os coeficientes de atrito menores são obtidos nos depósitos mais desgastados.
[0028] O baixo coeficiente de atrito é essencialmente devido ao aditivo de redução de atrito: o MoDTC.
[0029] Por exemplo, como mostrado na última linha das tabelas, o teste de uma bola não revestida em relação a um plano não revestido apresenta um coeficiente de atrito de 0,040+/-0,005. A taxa de desgaste média é de 0,45. Embora esta solução também resista ao desgaste, graças aos aditivos antidesgaste do óleo, ele dá, no entanto, um coeficiente de atrito maior em 30 %.
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8/8 [0030] Para efeitos de comparação, o atrito de uma esfera revestida com DLC (DCX-0) em relação a um plano de aço usando um óleo SAE 5W30 (sem qualquer modificador de atrito), dá uma taxa de desgaste de 0,3+/-0,05 pm3/ciclo, e o coeficiente de atrito se estabiliza em 0,12. Em um óleo SAE 5W30 que contém um aditivo de redução de atrito do tipo ácido graxo, a taxa de desgaste é de 0,32+/-0,05 pm3/ ciclo e o coeficiente de atrito é de 0,08.
[0031] É evidente pelo exposto acima que os revestimentos de DLC do tipo DCX-0 resistem bem ao desgaste em óleos sem MoDTC, observando que esses óleos não permitem obter coeficientes de atrito tão baixos quanto os que contem o MoDTC.
[0032] Em outras palavras, a combinação DLC em relação a um antagonista de atrito de aço, MoDTC não é compatível para realizar as duas funções, ou seja, para resistir ao desgaste e obter um coeficiente de atrito tão baixo quanto possível enquanto que a combinação, referida pela invenção, do nitreto de cromo e o MoDTC permite realizar essas duas funções vantajosamente de maneira vantajosa.
0033] A invenção refere-se também a utilização de peças e materiais revestidos e trabalhar em um ambiente lubrificado contendo o MoDTC no campo automotivo, especialmente para os motores e caixas de marcha.

Claims (4)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Combinação de duas peças de atrito e um lubrificante incluindo um modificador de atrito caracterizada pelo fato de que nenhuma das ditas peças de atrito é revestida com DLC, em que o modificador de atrito compreende MoDTC, e em que pelo menos uma das peças de atrito inclui um revestimento compreendendo nitreto de cromo apresentando uma cristalização tipo NaCl com microdureza de 1800+/-200 HV.
  2. 2. Combinação de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por as peças de atrito compreenderem peças automotivas.
  3. 3. Combinação de acordo com a reivindicação 2 caracterizada por as peças automotivas compreenderem peças de motores.
  4. 4. Combinação de acordo com a reivindicação 2 caracterizada por as peças automotivas compreenderem peças de caixas de marcha.
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