BR112021009483A2

BR112021009483A2 - revestimento depositado sobre uma superfície de um substrato e substrato que tem um revestimento

Info

Publication number: BR112021009483A2
Application number: BR112021009483-0A
Authority: BR
Inventors: Hamid Bolvardi; Ali Khatibi; Jürgen Ramm; Mirjam Arndt; Florian Neff
Original assignee: Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-08-10
Also published as: CN113260735A; MX2021005741A; JP2022507435A; WO2020099605A1; KR20210092770A; CN113260735B; US20220002880A1; EP3880869A1; JP7482863B2

Abstract

REVESTIMENTO DEPOSITADO SOBRE UMA SUPERFÍCIE DE UM SUBSTRATO E SUBSTRATO QUE TEM UM REVESTIMENTO. Um revestimento aprimorado usado em aplicações de processamento de plástico incluindo um primeiro sistema de camadas que inclui pelo menos uma camada de material resistente à corrosão, um segundo sistema de camadas que inclui pelo menos uma camada de material resistente à abrasão, e uma camada de transição fornecida entre a primeira camada e a segunda camada. O revestimento é resistente à abrasão e à corrosão, e mantém a ductilidade e a resistência ao impacto.

Description

REVESTIMENTO DEPOSITADO SOBRE UMA SUPERFÍCIE DE UM

SUBSTRATO E SUBSTRATO QUE TEM UM REVESTIMENTO Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a revestimentos, e mais particularmente, a revestimentos usados em aplicações de processamento de plástico. Estado da Técnica

[002] As aplicações de processamento de plástico como moldagem por injeção ou extrusão inclui várias fases onde as ferramentas metálicas podem entrar em contato físico com o plástico. Este contato pode fazer com que a ferramenta, por exemplo, moldes de injeção, sofram um ataque corrosivo e abrasivo combinado. Meios corrosivos induzidos por plásticos podem ser provenientes de vários componentes do plástico, como amaciantes, corantes e ácido clorídrico livre. Ao mesmo tempo, o crescente interesse no uso de plásticos reforçados com fibra de vidro em diferentes aplicações de processamento de plástico, por exemplo, peças para a indústria automotiva produzidas por moldagem por injeção, têm levado ao desgaste abrasivo em ferramentas. Plásticos reforçados com fibra de vidro com um teor de fibra de vidro de > 30% são extremamente abrasivos e reduzem a vida útil da ferramenta. Esses tipos de polímeros podem ser imaginados como multi-indentadores transportados por um fluido que causa desgaste através de microcortes e microdeformação e impacto de partículas sólidas através da deformação do plástico e remoção de material. A Figura 1 ilustra uma imagem em seção transversal por microscópio eletrônico de varredura (MEV) desses plásticos reforçados com fibra de vidro. O movimento das fibras de vidro sobre a superfície da ferramenta pode causar arranhões, que deterioram a qualidade da superfície do molde e, subsequentemente, das peças de plástico produzidas. Isso impõe tanto uma necessidade de manutenção, por exemplo, de polimento da superfície da ferramenta, como uma falha completa da ferramenta.

[003] Para proteger as ferramentas contra ataques corrosivos e abrasivos combinados durante as aplicações de processamento de plástico, vários revestimentos e técnicas de deposição têm sido testadas até agora, como oxicombustível de alta velocidade (HVOF), revestimentos metálicos de cromo duro ou de níquel-fósforo, deposição física de vapor (PVD) ou deposição química de vapor (CVD), camadas de titânio, alumínio e outras camadas de carboneto ou nitreto. Revestimentos cerâmicos depositados por PVD são de grande interesse, uma vez que teoricamente eles podem, simultaneamente, apresentar alta dureza e inércia química. Portanto, revestimentos cerâmicos deveriam, em teoria, separar o substrato do ambiente agressivo e, portanto, proteger o substrato. No entanto, é bem documentado que na maior parte das vezes o uso de revestimentos cerâmicos em muitos tipos de aço poderia apenas marginalmente, se é que pode, melhorar a resistência à corrosão dos substratos de aço em ambientes corrosivos. Conforme mostrado na Figura 2, um revestimento de PVD (20) aplicado a um substrato (30) inclui uma pluralidade de defeitos, como orifícios (40). Esses defeitos fornecem vias de difusão rápida para o meio corrosivo, íons cloreto, para alcançar o substrato e criar uma célula galvânica na interface do revestimento e do substrato, visto que os revestimentos cerâmicos são eletroquimicamente mais estáveis do que a maioria dos materiais do substrato (por exemplo, aço). A taxa de corrosão na interface pode ser muito alta, visto que o revestimento como catodo tem uma grande área sobre uma área muito pequena no substrato exposto como anodo. Portanto, o revestimento não pode mais proteger o substrato. A corrosão se propaga lateralmente ao longo da interface entre o revestimento e o substrato, resultando em degradação parcial ou delaminação (50) do revestimento e a aparição de desgaste por corrosão no substrato e, por fim, levando a uma falha completa no revestimento, onde é observada uma degradação total, ou quase total, ou delaminação (60) do revestimento e a corrosão do substrato.

[004] Além disso, o ataque abrasivo e rachaduras de revestimentos cerâmicos quebradiços devido a altas cargas impostas ou impacto durante a aplicação pode acelerar ainda mais a falha corrosiva do revestimento. Portanto,

no processamento de plásticos reforçados com fibra de vidro com resistência abrasiva muito alta, a alta resistência à corrosão, bem como em algum nível de ductilidade e resistência ao impacto são simultaneamente necessários. Objetivo da Presente Invenção

[005] O objeto da presente invenção é aliviar ou superar uma ou mais dificuldades relacionadas ao estado da técnica. Em particular, o objeto da presente invenção é fornecer um revestimento para proteção efetiva e segura de ferramentas, em particular, ferramentas para uso no processamento de plásticos, contra ataques corrosivos e abrasivos combinados. Descrição da Presente Invenção

[006] Apresenta-se a seguir um resumo simplificado a fim de fornecer uma compreensão básica das realizações descritas no presente pedido. Esta descrição não é uma extensa descrição geral, nem é ou se destina a identificar os principais elementos-chave ou importantes. Seu único propósito é apresentar alguns conceitos de uma forma simplificada como uma introdução para a descrição mais detalhada que é apresentada posteriormente.

[007] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um revestimento para um substrato. O revestimento inclui: uma primeira camada que compreende pelo menos uma camada de material resistente à corrosão; uma segunda camada que compreende pelo menos uma camada de material resistente a abrasivos; e uma camada de transição fornecida entre a primeira e a segunda camada, em que a primeira camada é depositada mais perto do substrato do que a segunda camada. Visto que a primeira camada é projetada compreendendo pelo menos uma camada de material resistente à corrosão (a seguir citada como camada de material resistente à corrosão), a primeira camada deve ser entendida como um sistema de camadas que é formado por uma ou mais camadas. Do mesmo modo, visto que a segunda camada é projetada compreendendo pelo menos uma camada de material resistente a abrasivos (a seguir também citada como camada de material resistente à abrasão), a segunda camada deve ser entendida como um sistema de camadas que é formado por uma ou mais camadas. A camada de transição deve ser também entendida como um sistema de camadas que é formado por uma ou mais camadas, por exemplo, pode ser formado por uma ou mais camadas de gradiente.

[008] Portanto, o revestimento inventivo mencionado acima deve ser também entendido como compreendendo: - um primeiro sistema de camadas de revestimento formado por uma ou mais camadas, em que o dito primeiro sistema de camadas compreende pelo menos uma camada resistente à corrosão; - um segundo sistema de camadas de revestimento formado por uma ou mais camadas, em que o dito segundo sistema de camadas compreende pelo menos uma camada resistente a abrasivos (também chamada de camada resistente à abrasão); e - um sistema de camadas de transição formado por uma ou mais camadas, em que o dito sistema de camadas de transição é fornecido entre o primeiro sistema de camadas e o segundo sistema de camadas, sendo que uma ou mais camadas no sistema de camadas de transição podem ser, por exemplo, camadas com gradiente, mas podem ser também camadas sem gradiente, bem como uma combinação de camadas com gradiente e sem gradiente.

[009] Em outro exemplo do primeiro aspecto, a primeira camada é parte de um primeiro sistema de camadas depositado mais perto do substrato do que a segunda camada, sendo que o dito primeiro sistema de camadas compreende uma ou mais camadas resistentes à corrosão, em que pelo menos uma camada resistente à corrosão é uma camada de AlCrO.

[010] Em outro exemplo do primeiro aspecto, a segunda camada é parte de um segundo sistema de camadas depositado mais distante do substrato do que o primeiro sistema de camadas, sendo que o dito segundo sistema de camadas compreende uma ou mais camadas resistentes à abrasão, em que pelo menos uma camada resistente à abrasão é uma camada de CrON.

[011] Em outro exemplo do primeiro aspecto, a camada de transição é parte de um sistema de camadas de transição, sendo que o dito sistema de camadas de transição compreende uma ou mais camadas de transição, em que pelo menos uma camada de transição é uma camada de CrON.

[012] Em outro exemplo do primeiro aspecto, o sistema de camadas de transição compreende uma camada de Cr2O3.

[013] Em outro exemplo do primeiro aspecto, o segundo sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de CrN.

[014] Em outro exemplo do primeiro aspecto, o segundo sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de CrO.

[015] Em outro exemplo do primeiro aspecto, o segundo sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de Cr2O3 depositada como camada mais externa.

[016] Em outro exemplo do primeiro aspecto, o primeiro sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de AlCrN depositada entre o substrato e a camada de AlCrO.

[017] Em outro exemplo do primeiro aspecto, pelo menos uma camada de aderência é depositada entre o substrato e a primeira camada, ou entre o substrato e o primeiro sistema de camadas.

[018] Em outro exemplo do primeiro aspecto, pelo menos uma camada de aderência é uma camada de CrN.

[019] Em outro exemplo do primeiro aspecto, a primeira camada ou o primeiro sistema de camadas inclui uma ou mais camadas dos seguintes materiais: Óxido de cromo e alumínio (AlCrO), oxinitreto de cromo e alumínio (AlCrON), óxidos de cromo (CrOx) e óxido de cromo (III) (Cr2O3).

[020] Em outro exemplo do primeiro aspecto, a segunda camada ou o segundo sistema de camadas inclui uma ou mais camadas dentre os seguintes materiais: cromo (Cr), nitreto de cromo (CrN), oxinitreto de cromo (CrON), óxidos de cromo (CrOx) e óxido de cromo (III) (Cr2O3).

[021] Em outro exemplo do primeiro aspecto, o segundo sistema de camadas tem uma dureza entre 29 GPa e 33 GPa.

[022] Em outro exemplo do primeiro aspecto, a primeira camada ou o primeiro sistema de camadas é uma parte multicamadas que inclui pelo menos um dentre AlCrO, AlCrON, CrOx e Cr2O3.

[023] Em outro exemplo do primeiro aspecto, a segunda camada ou o segundo sistema de camadas é uma parte multicamadas que inclui pelo menos um dentre Cr, CrN, CrON, CrOx e Cr2O3.

[024] Em um segundo aspecto da presente invenção, é divulgado um substrato que tem um revestimento conforme anteriormente descrito acima, em que a superfície na qual o revestimento é depositado é feita de um material que inclui um metal ferroso.

[025] Em outro exemplo do segundo aspecto, a superfície na qual o revestimento é depositado é feita de um material que inclui aço ou é feita de um material do tipo aço.

[026] Em um terceiro aspecto da presente invenção, é fornecido um método de revestimento de um substrato. O método inclui fornecer um substrato; revestir o substrato com várias camadas de materiais resistentes à corrosão; revestir as múltiplas camadas de materiais resistentes à corrosão com pelo menos uma camada de transição; e revestir pelo menos uma camada de transição com várias camadas de materiais resistentes a abrasivos.

[027] Outros recursos e aspectos podem ser aparentes a partir da descrição detalhada a seguir, das Figuras e das reivindicações. Descrição Detalhada

[028] A Figura 1 ilustra uma imagem em seção transversal da técnica anterior de plásticos reforçados com fibra de vidro.

[029] A Figura 2 ilustra um substrato revestido da técnica anterior com a aparição de corrosão e falha de corrosão.

[030] A Figura 3 ilustra esquematicamente um exemplo de um revestimento inventivo (105) depositado sobre uma superfície de um substrato (110) de acordo com uma realização da presente invenção, em que: o segundo sistema de camadas (140) é um filme multicamadas que compreende, por exemplo, camadas do tipo Cr, CrN, CrON, CrOx ou CrO3; o primeiro sistema de camadas (120) é um filme multicamadas que compreende, por exemplo, camadas do tipo AlCrO, AlCrON, Cr2O3; a camada de transição ou as camadas de transição (130) são depositadas entre o primeiro sistema de camadas (120) e o segundo sistema de camadas (140).

[031] A Figura 4 ilustra os resultados do teste de resistência à abrasão mostrando uma comparação da evolução da profundidade do desgaste produzido sob as mesmas condições, usando substratos revestidos com revestimentos comparativos da técnica anterior do tipo AlTiN e AlCrN, bem como pelo uso de um novo revestimento multicamadas de acordo com uma realização da presente invenção. Neste gráfico, ainda nenhum dos revestimentos apresentou falha de revestimento.

[032] A Figura 5 ilustra os resultados do teste de resistência à corrosão, mostrando uma comparação da aparição de corrosão e, em alguns casos, até mesmo falha de revestimento produzido sob as mesmas condições, pelo uso de substratos revestidos com revestimentos comparativos da técnica anterior do tipo AlTiN e AlCrN, bem como pelo uso de um novo revestimento multicamadas de acordo com uma realização da presente invenção.

[033] Ao longo de todas as Figuras e da descrição detalhada, a menos que descrito de outra forma, os mesmos números de referência das Figuras serão entendidos como se referindo aos mesmos elementos, características e estruturas. O tamanho relativo e a representação desses elementos podem estar exagerados para fins de clareza, ilustração e conveniência.

[034] São descritos exemplos que incorporam uma ou mais realizações da presente invenção e, quando apropriado, ilustrados nas Figuras. Estes exemplos descritos e/ou ilustrados não se destinam a ser limitantes. Por exemplo, um ou mais aspectos de uma realização da presente invenção podem ser utilizados em outras realizações e até mesmo outros tipos de substratos (por exemplo, instrumentos, componentes ou dispositivos).

[035] É descrito no presente pedido um exemplo de uma arquitetura de revestimento com multicamadas e seleções de materiais que apresentam alta resistência à abrasão e alta resistência à corrosão, bem como ductilidade e resistência ao impacto. Um ataque de corrosão ocorre tipicamente em uma interface entre um revestimento e um substrato. Consequentemente, uma camada resistente à corrosão ou uma parte resistente à corrosão de um revestimento multicamadas pode ser fornecida nesta interface. Passando agora à Figura 3, é ilustrado um exemplo de uma parte com resistência à corrosão (100) (por exemplo, parte de um componente, ferramenta ou dispositivo revestido com um revestimento que compreende uma parte resistente à corrosão de acordo com a presente invenção). Neste exemplo, um revestimento resistente à corrosão e à abrasão (105) é aplicado a um substrato (110). O substrato (110) pode ser uma ferramenta, como um molde de injeção, com uma superfície de metal ferroso, como aço ou ferro fundido. No entanto, o revestimento (105) pode ser também aplicado às superfícies de metais não ferrosos. O revestimento (105) inclui um primeiro sistema de camadas (120) que compreende pelo menos uma camada resistente à corrosão, apresentando desta maneira, propriedades de resistência à corrosão. Por exemplo, o primeiro sistema de camadas (120) pode incluir uma ou mais camadas de óxido de cromo e alumínio (AlCrO), oxinitreto de cromo e alumínio (AlCrON), óxidos de cromo (CrOx) e/ou óxido de cromo (III) (Cr2O3). Essas camadas de óxido e oxinitretos resistentes à corrosão atuam como isolante para mitigar difusões de elétrons para fora e também como uma barreira para a difusão de íons corrosivos para dentro a partir do meio ambiente. Essas camadas impedem ou retardam a difusão de íons corrosivos.

[036] Um segundo sistema de camadas (140) pode ser fornecido em cima do primeiro sistema de camadas (120). O segundo sistema de camadas (140) pode ser depositado como monocamada ou multicamadas incluindo uma ou mais camadas resistentes à abrasão para apresentar, desta maneira, propriedades de resistência à abrasão. Este segundo sistema de camadas (140) protege o substrato (110) contra o desgaste abrasivo, e pelo menos uma camada resistente à corrosão que forma o primeiro sistema de camadas (120) protege o substrato contra desgaste corrosivo, desta maneira, o revestimento inventivo (105) fornece ao substrato (110), além de boa resistência à corrosão, também propriedades de resistência tanto contra desgaste abrasivo como cargas mecânicas durante a aplicação. Mais especificamente, o segundo sistema de camadas (120) pode incluir uma ou mais dentre as seguintes camadas para a formação de multicamadas: cromo (Cr), nitreto de cromo (CrN), oxinitreto de cromo (CrON), óxidos de cromo (CrOx) e/ou óxido de cromo (III) (Cr2O3).

[037] O revestimento resultante pode ter uma alta dureza de 31 ± 2 GPa, em que o revestimento pode ser depositado exibindo uma estrutura multicamadas que compreende camadas individuais com a respectiva espessura de camada individual na faixa de micrômetros e/ou na faixa de nanômetros. Esta estrutura apresenta maior ductilidade e deflexão da trinca, bem como é altamente resistente à abrasão e tolerante a cargas mecânicas. Conforme mostrado na Figura 3, pelo menos uma camada de transição (130) pode ser fornecida entre a primeira camada (120) e a segunda camada (130) para mitigar a delaminação das peças resistentes à corrosão e à abrasão. Visto que as camadas têm diferentes estruturas cristalinas e parâmetros de retícula, bem como composições químicas, uma transição precisa (compreendendo uma ou mais camadas de transição) pode ser importante, por exemplo, para melhorar a coesão no revestimento (105) aumentando a aderência entre o primeiro sistema de camadas (120) e o segundo sistema de camadas (140).

[038] Foram realizados testes a fim de avaliar as propriedades de resistência à abrasão dos revestimentos exemplificadores inventivos (novos revestimentos inventivos multicamadas), em comparação aos revestimentos comparativos da técnica anterior em relação aos plásticos reforçados com fibra de vidro. Passando agora à Figura 4, substratos de aço revestidos foram testados em relação à poliamida com 50% de teor de fibra de vidro em um teste deslizante com carga perpendicular de 100 N para uma distância de 120 km. A Figura 4 apresenta a profundidade de desgaste de um revestimento de acordo com a realização divulgada na Figura 3, em comparação com revestimentos de

PVD resistentes à abrasão convencionais (técnica anterior) do tipo nitreto de cromo e alumínio (AlCrN) e, além disso, do tipo nitreto de alumínio e titânio (TiAlN). O desempenho superior dos revestimentos inventivos em termos de resistência à abrasão pode ser visto claramente.

[039] A fim de avaliar a resistência à corrosão dos revestimentos inventivos de acordo com a realização divulgada na Figura 3, em comparação com os mesmos revestimentos de PVD resistentes à abrasão (técnica anterior) convencionais mencionados acima, foi realizado um teste de pulverização de sal neutro (NSST). Os revestimentos foram aplicados a um substrato feito de aço

1.2842 para trabalho a frio com 0,4 at% de Cr. A baixa quantidade de teor de Cr permite um maior potencial galvânico entre os revestimentos contendo substrato (aço) e Cr e, portanto, um grau e uma taxa mais alta para corrosão durante NSST. Como pode-se observar na Figura 5, os revestimentos AlCrN e AlTiN convencionais apresentaram corrosão severa por pites em muitos pontos. Esta corrosão por pites se propagou rapidamente durante os dias seguintes. Pelo 6º dia, o ferro oxidado do mesmo substrato cobre quase toda a superfície do revestimento. Ao contrário, os revestimentos inventivos de acordo com a realização exemplificadora descrita na Figura 3, mostraram poucas manchas muito menores de oxidação no 1º dia. Além disso, esta manteve-se estável ao longo de todo o 6º dia, no qual não é mais observada mancha de corrosão ou propagação.

[040] Uma série de exemplos de revestimentos inventivos e materiais que podem ser usados como camadas nos revestimentos inventivos foram descritos acima. No entanto, deve-se entender que podem ser produzidas várias modificações. Por exemplo, podem ser obtidos resultados adequados se os elementos descritos são combinados de uma maneira diferente e/ou substituídos ou suplementados por outros elementos ou seus equivalentes. Consequentemente, outras implementações estão dentro do escopo das reivindicações a seguir.

[041] Uma realização preferencial da presente invenção refere-se a um revestimento que compreende: um primeiro sistema de camadas, um segundo sistema de camadas e pelo menos uma camada de transição, em que - o primeiro sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de AlCrN e, preferencialmente, também pelo menos uma camada de AlCrO como camadas resistentes à corrosão, - o segundo sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de CrON e, preferencialmente, também pelo menos uma camada de CrN e/ou uma camada de CrO, e - um sistema de camadas de transição formado por uma ou mais camadas de transição depositadas entre o primeiro sistema de camadas e o segundo sistema de camadas, em que o sistema de camadas de transição compreende pelo menos uma camada de transição de Cr2O3 e/ou pelo menos uma camada de transição de CrON, em que as camadas de transição podem ser depositadas como camadas com gradiente ou como camadas sem gradiente ou como uma combinação de camadas com gradiente e sem gradiente.

[042] Cada uma das realizações e realizações preferenciais da presente invenção descritas acima podem também incluir uma ou mais camadas de maior aderência, depositadas entre o substrato e o primeiro sistema de camadas para melhorar a aderência do primeiro sistema de camadas ao substrato, preferencialmente uma camada de CrN pode ser usada como camada de aderência. Esta camada de aderência, ou no caso de mais de uma camada de aderência ser depositada, a espessura total das camadas de aderência é preferencialmente não maior que 1 micrômetro. No entanto, a espessura de camada da camada de aderência ou da soma das camadas de aderência pode ser também maior que 1 micrômetro, mas preferencialmente não maior que 1,5 micrômetro.

[043] Cada uma das realizações mencionadas acima e realizações preferenciais da presente invenção podem incluir uma camada de Cr 2O3 como camada superior do revestimento, o que significa camada mais externa do segundo sistema de camadas para melhorar o desempenho, especialmente em relação à resistência ao desgaste abrasivo. Esta camada mais externa é preferencialmente depositada tendo uma espessura de camada de 1 micrômetro ou mais. No entanto, a espessura de camada desta camada mais externa pode ser também menor que 1 micrômetro, mas preferencialmente não menor que 0,5 micrômetro.

[044] A espessura do primeiro sistema de camadas é preferencialmente maior que 1 micrômetro, mais preferencialmente maior que 2 micrômetros. No entanto, a espessura de camada do primeiro sistema de camadas pode ser também menor que 1 micrômetro, mas preferencialmente não menor que 0,5 micrômetro.

[045] A espessura do segundo sistema de camadas é preferencialmente mais alta que 2 micrômetros, mais preferencialmente mais alta que 2,5 micrômetros. No entanto, a espessura de camada do primeiro sistema de camadas pode ser também menor que 2 micrômetros, mas preferencialmente não menor que 1,5 micrômetro.

[046] A espessura do segundo sistema de camadas é preferencialmente maior que a espessura de camada da espessura da primeira camada.

[047] Os revestimentos de acordo com a presente invenção são preferencialmente depositados tendo uma espessura total de revestimento entre 1 e 30 micrômetros, mais preferencialmente entre 2,5 micrômetros e 20 micrômetros. No entanto, esta faixa preferencial de espessura do revestimento não deve ser entendida como uma limitação da invenção. Em geral, a espessura total do revestimento, bem como a espessura das camadas individuais ou dos sistemas de camadas pode ser selecionada de acordo com a aplicação da ferramenta ou do uso do substrato.

[048] Os revestimentos de acordo com a presente invenção são especialmente adequados para melhorar o desempenho e aumentar a durabilidade de moldes de injeção usados para a fabricação de peças feitas de materiais plásticos, por exemplo, materiais de poliéster.

[049] A fim de mostrar os aprimoramentos alcançados com os revestimentos inventivos em mais detalhes, será descrito um exemplo adicional como revestimento de mostruário abaixo:

[050] Este revestimento de mostruário foi depositado em superfícies de ferramentas de moldagem por injeção (por exemplo, moldes de injeção ou peças de moldes de injeção) para estar em contato com o material da peça de trabalho pelas técnicas de deposição física de vapor (PVD) do tipo evaporação por arco catódico reativo. Durante a deposição de revestimento, alvos de Cr e/ou alvos de AlCr foram evaporados por arco em uma câmara de revestimento compreendendo gás nitrogênio e/ou gás oxigênio como gás reativo. Neste mostruário específico, alvos de AlCr foram selecionados tendo composição de elemento em porcentagem atômica de 70 at% de Al e 30 at% de Cr. Este revestimento de mostruário foi depositado compreendendo uma camada de aderência de CrN depositada diretamente na superfície da ferramenta de moldagem por injeção a ser revestida, subsequentemente um primeiro sistema de camadas (também chamado de sistema da camada de corrosão no contexto da presente invenção) compreendendo uma camada da AlCrN e uma camada de AlCrO foi depositado na camada de aderência, subsequentemente um sistema de camadas de transição (sistema de camadas de transição = duas ou mais camadas de transição) compreendendo uma camada de transição de Cr2O3 e uma camada de transição de CrON foi depositado sobre o primeiro sistema de camadas, subsequentemente, um segundo sistema de camadas (também chamado de sistema de camadas abrasivas no contexto da presente invenção) compreendendo uma pluralidade de camadas depositadas alternadamente entre si como sequências de camadas, cada sequência de camada compreendendo camadas de CrN, camadas de CrON e camadas de CrO e compreendendo também uma camada de Cr2O3 como camada mais externa, foi depositado no sistema de camadas de transição. Para alguns testes de aplicação real, como são, por exemplo, mostrados na Figura 6, o revestimento de mostruário foi depositado com uma espessura total de revestimento entre 6 e 8 micrômetros.

[051] Os revestimentos inventivos podem ser aplicados sobre substrato anteriormente nitritado, por exemplo, em superfícies de ferramentas de moldagem anteriormente com nitreto.

[052] Os revestimentos inventivos são preferencialmente depositados por qualquer método de PVD, por exemplo, PVD de arco ou PVD de pulverização catódica (sputtering), mantendo preferencialmente uma temperatura do substrato entre 250 ºC e 450 ºC. No entanto, esta temperatura do substrato preferencial durante o revestimento não deve ser entendida como uma limitação da invenção.

[053] Preferencialmente, a deposição das camadas de nitreto (por exemplo, CrN e AlCrN) é realizada por aplicação de uma polarização (bias) de substrato DC ao substrato, enquanto que a deposição das camadas contendo oxigênio (por exemplo, camadas de óxido ou oxinitreto como CrO, Cr2O3 e CrON) é preferencialmente realizada aplicando uma polarização bipolar.

[054] Preferencialmente, para a deposição de camadas compreendendo nitrogênio e/ou oxigênio que são depositadas subsequentemente uma sobre a outra, o oxigênio, o fluxo de nitrogênio e o fluxo de oxigênio que entram na câmara de revestimento são correspondentemente aumentados e/ou diminuídos gradualmente para a produção de uma sequência de camadas ou camadas simplesmente depositadas uma sobre a outra, por exemplo, para depositar primeiro uma camada de CrN, depois camadas de CrON e depois uma camada de CrO, então os alvos de Cr podem ser evaporados inicialmente mantendo um determinado fluxo de nitrogênio entrando na câmara de revestimento para depositar a camada de CrN, subsequentemente um fluxo de oxigênio pode ser introduzido ou aumentado gradualmente na câmara, enquanto que o fluxo de nitrogênio pode ser mantido ou diminuído gradualmente para a deposição da camada de CrON e, por fim, o fluxo de nitrogênio pode ser reduzido gradualmente até 0 sccm, enquanto que o fluxo de oxigênio é mantido, aumentado ou reduzido gradualmente até um determinado fluxo de oxigênio para a deposição da camada de CrO. Um processo similar pode ser realizado em reverso para depositar uma sequência reversa de camadas, por exemplo, de CrO → CrON → CrN.

[055] Os revestimentos inventivos são adequados para revestir qualquer tipo de material de substrato. No caso de aplicações no campo de processos de formação de plástico (por exemplo, moldagem por injeção e extrusão), os materiais de substratos são predominantemente de diferentes tipos de aço.

[056] Durante a deposição de camadas contendo oxigênio, em particular, durante a deposição de camadas de óxido, os inventores recomendam o uso de fluxos de oxigênio ajustados para o dispositivo de revestimento que está sendo usado e as condições de revestimento, por exemplo, o tipo de material alvo e a quantidade de alvos sendo evaporados. É recomendado encontrar uma faixa de fluxo de oxigênio na qual as propriedades mecânicas, bem como a densidade da morfologia do revestimento sejam apropriadas para a aplicação pretendida. Um teor “muito alto” de oxigênio na câmara de revestimento pode levar a propriedades mecânicas insatisfatórias, bem como a uma morfologia abaixo da densa da camada contendo oxigênio sendo depositada.

[057] Durante a deposição de alguns revestimentos inventivos compreendendo, por exemplo, uma sequência de camadas do tipo CrN → CrNO → CrO, o fluxo de oxigênio aumentou e o fluxo de nitrogênio diminuiu. Por exemplo, o fluxo de oxigênio aumentou de 200 sccm para 600 sccm para a deposição das camadas de CrNO e CrO, e o fluxo de nitrogênio diminuiu de1100 sccm para 100 sccm para a deposição das camadas de CrNO e CrN. Para a deposição de sequências reversas, por exemplo, de CrO → CrNO → CrN, os fluxos de oxigênio e nitrogênio foram igualmente aumentados e diminuídos, mas de forma reversa.

[058] A Figura 6 mostra os resultados obtidos por moldagem por injeção (testes de aplicação em condições reais) de quatro moldes de injeção (identificados como Molde 1, Molde 2, Molde 3 e Molde 4, na Figura 6) revestidos com um revestimento inventivo depositado da mesma maneira que o revestimento de mostruário descrito acima, e um molde de injeção revestido com um revestimento da técnica anterior, do tipo AlTiN. Estes resultados permitem quantificar o aprimoramento obtido pela presente invenção comparando o número de disparos de moldagem por injeção (peças produzidas, neste caso os interruptores elétricos produzidos) realizados com moldes revestidos com AlTiN e moldes revestidos de acordo com a presente invenção.

[059] Como é indicado no gráfico mostrado na Figura 6, com o molde revestido com revestimento de AlTiN da técnica anterior, apenas 40.000 a 50.000 disparos poderiam ser obtidos antes do molde revestido tornar-se não mais operacional (a durabilidade média foi de aproximadamente 50.000 disparos). Com os moldes revestidos com os revestimentos de acordo com a presente invenção o aprimoramento foi consideravelmente alto, até em um caso mais de 400%, e esses moldes revestidos com revestimentos inventivos ainda estavam operacionais. O material da peça de trabalho usado nestes testes foi de poliéster insaturado com 30% de fibra de vidro, as peças produzidas eram interruptores elétricos.

[060] Foi divulgado na presente invenção um revestimento depositado em um substrato, sendo que o revestimento compreende uma primeira camada ou um primeiro sistema de camadas que compreende pelo menos uma camada de material resistente à corrosão; uma segunda camada ou um segundo sistema de camadas que compreende pelo menos uma camada de material resistente à abrasão; e uma camada de transição fornecida entre a primeira camada e a segunda camada, em que a primeira camada, ou primeiro sistema de camadas, é depositada mais perto do substrato do que a segunda camada ou o segundo sistema de camadas.

[061] Este revestimento tem a vantagem, em comparação a revestimentos que têm apenas uma parte com resistência à abrasão, por exemplo, uma estrutura multicamadas do tipo …CrN/CrON/CrN/CrON…, de que a parte mencionada resistente à abrasão fornece apenas uma boa resistência à abrasão, mas uma fraca resistência à corrosão.

[062] Incluindo uma parte resistente à corrosão mais perto do substrato, por exemplo, pelo menos uma camada de AlCrO melhora a resistência à corrosão, pois a camada de AlCrO atua como barreira para a corrosão. Além disso, incluindo uma camada de AlCrN entre a camada de AlCrO e o substrato, é possível ter o efeito de barreira de corrosão, mas melhorar a aderência do revestimento ao substrato. Do mesmo modo, incluindo uma camada de aderência, por exemplo, do tipo CrN, é possível obter uma aderência muito melhor da parte resistente à corrosão ao substrato.

[063] As camadas de transição melhoram a coesão do revestimento, melhorando a aderência entre a parte resistente à corrosão e a parte resistente à abrasão do revestimento.

[064] O uso de uma camada mais externa de Cr2O3 aumenta o desempenho do revestimento, especialmente por aplicações incluindo o processamento de materiais plásticos, por exemplo, moldagem por injeção, pois o AlCrO reduz a tendência de colar para materiais plásticos durante o processamento da peça de trabalho (devido ao efeito de menor afinidade química para materiais plásticos).

[065] A primeira camada ou um primeiro sistema de camadas inclui preferencialmente uma ou mais camadas dos seguintes materiais: óxido de cromo e alumínio (AlCrO), oxinitreto de cromo e alumínio (AlCrON), óxidos de cromo (CrOx) e óxido de cromo (III) (Cr2O3).

[066] A segunda camada ou o segundo sistema de camadas inclui preferencialmente uma ou mais camadas dos seguintes materiais: cromo (Cr), nitreto de cromo (CrN), oxinitreto de cromo (CrON), óxidos de cromo (CrO x) e óxido de cromo (III) (Cr2O3).

[067] Preferencialmente, a segunda camada ou o segundo sistema de camadas tem uma dureza entre 29 GPa e 33 GPa, medida pelo uso de técnicas conhecidas de nanoindentação.

[068] A primeira camada ou o primeiro sistema de camadas, pode ser em uma realização, uma parte multicamadas que inclui pelo menos um dentre AlCrO, AlCrON, CrOx e Cr2O3.

[069] A segunda camada ou o segundo sistema de camadas pode ser em uma realização, uma parte multicamadas que inclui pelo menos um dentre Cr, CrN, CrON, CrOx e Cr2O3.

[070] A primeira camada ou o primeiro sistema de camadas é destinado a isolar o substrato de difusões de elétrons para fora e difusões de íons corrosivos para dentro de um ambiente.

[071] A camada de transição ou sistema de camadas de transição é destinado a mitigar a delaminação entre a primeira camada e a segunda camada.

[072] A composição química da primeira camada ou do primeiro sistema de camadas é diferente da composição química da segunda camada ou do segundo sistema de camadas.

[073] Em uma realização, as estruturas cristalinas e os parâmetros de retícula da primeira camada ou do primeiro sistema de camadas pode ser diferente das estruturas cristalinas e dos parâmetros de retícula da segunda camada ou do segundo sistema de camadas.

[074] A presente invenção também se refere a um método de revestimento de um substrato, que compreende: - fornecer um substrato; - aplicar ao substrato uma parte multicamadas resistente à corrosão; - aplicar pelo menos uma camada de transição à parte multicamadas resistente à corrosão; e - aplicar uma parte multicamadas resistente à abrasão a pelo menos uma camada de transição.

[075] O substrato revestido com um revestimento de acordo com a presente invenção pode incluir uma superfície de metal ferroso na qual o revestimento é depositado.

[076] Em uma realização adicional, a parte multicamadas resistente à corrosão compreende pelo menos um dos seguintes materiais: AlCrO, AlCrON,

CrOx e Cr2O3 e/ou a parte multicamadas resistente à abrasão compreende pelo menos um dos seguintes materiais: Cr, CrN, CrON, CrOx e Cr2O3.

[077] Em particular, um revestimento de acordo com a presente invenção pode ser usado em aplicações de processamento de plástico. O revestimento é resistente à abrasão e à corrosão, e mantém a ductilidade e a resistência ao impacto.

[078] De acordo com uma realização preferencial de um revestimento de acordo com a presente invenção, o revestimento inventivo é depositado sobre uma superfície de um substrato e é caracterizado por compreender: - uma primeira camada que compreende pelo menos uma camada de material resistente à corrosão; - uma segunda camada que compreende pelo menos uma camada de material resistente à abrasão; e - uma camada de transição fornecida entre a primeira camada e a segunda camada, em que a primeira camada é depositada mais perto do substrato do que a segunda camada, sendo que a primeira camada é parte de um primeiro sistema de camadas depositado mais perto do substrato do que a segunda camada, o dito primeiro sistema de camadas compreendendo uma ou mais camadas resistentes à corrosão, em que pelo menos uma camada resistente à corrosão é preferencialmente uma camada de AlCrO.

[079] Preferencialmente, a segunda camada é parte de um segundo sistema de camadas depositado mais distante do substrato do que o primeiro sistema de camadas, o dito segundo sistema de camadas compreendendo uma ou mais camadas resistentes à abrasão, sendo que uma camada resistente à abrasão é uma camada de CrON.

[080] Preferencialmente, a camada de transição é parte de um sistema de camadas de transição, sendo que o dito sistema de camadas de transição compreende uma ou mais camadas de transição, sendo que uma camada de transição é uma camada de CrON.

[081] Preferencialmente, o sistema de camadas de transição compreende uma camada de Cr2O3.Preferencialmente, o segundo sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de CrN e/ou pelo menos uma camada de CrO.

[082] Preferencialmente, o segundo sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de Cr2O3 depositada como camada mais externa.

[083] Preferencialmente, quando o primeiro sistema de camadas compreende pelo menos uma camada de AlCrO, pelo menos uma camada de AlCrN é depositada entre o substrato e a camada de AlCrO.

[084] Preferencialmente, pelo menos uma camada de aderência é depositada entre o substrato e a primeira camada, ou entre o substrato e o primeiro sistema de camadas.

[085] Preferencialmente, pelo menos uma camada de aderência é uma camada de CrN.

Claims

Reivindicações

1. REVESTIMENTO DEPOSITADO SOBRE UMA SUPERFÍCIE DE UM SUBSTRATO, sendo o dito revestimento caracterizado por compreender: - uma primeira camada que compreende pelo menos uma camada de material resistente à corrosão; - uma segunda camada que compreende pelo menos uma camada de material resistente à abrasão; e - uma camada de transição fornecida entre a primeira camada e a segunda camada, em que a primeira camada é depositada mais perto do substrato do que a segunda camada.

2. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira camada ser parte de um primeiro sistema de camadas depositado mais perto do substrato do que a segunda camada, sendo que o dito primeiro sistema de camadas compreende uma ou mais camadas resistentes à corrosão, em que pelo menos uma camada resistente à corrosão é uma camada de AlCrO.

3. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela segunda camada ser parte de um segundo sistema de camadas depositado mais distante do substrato do que o primeiro sistema de camadas, sendo que o dito segundo sistema de camadas compreende uma ou mais camadas resistentes à abrasão, em que pelo menos uma camada resistente à abrasão é uma camada de CrON.

4. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela camada de transição ser parte de um sistema de camadas de transição, sendo que o dito sistema de camadas de transição compreende uma ou mais camadas de transição, em que pelo menos uma camada de transição é uma camada de CrON.

5. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo sistema de camadas de transição compreender uma camada de Cr2O3.

6. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo segundo sistema de camadas compreender pelo menos uma camada de CrN.

7. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo segundo sistema de camadas compreender pelo menos uma camada de CrO.

8. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo segundo sistema de camadas compreender pelo menos uma camada de Cr2O3 depositada como camada mais externa.

9. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 8, caracterizado pelo primeiro sistema de camadas compreender pelo menos uma camada de AlCrN depositada entre o substrato e a camada de AlCrO.

10. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por pelo menos uma camada de aderência ser depositada entre o substrato e a primeira camada, ou entre o substrato e o primeiro sistema de camadas.

11. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por pelo menos uma camada de aderência ser uma camada de CrN.

12. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pela primeira camada ou pelo primeiro sistema de camadas incluir uma ou mais camadas dos seguintes materiais: óxido de cromo e alumínio (AlCrO), oxinitreto de cromo e alumínio (AlCrON), óxidos de cromo (CrOx) e óxido de cromo (III) (Cr2O3).

13. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pela segunda camada ou pelo segundo sistema de camadas incluir uma ou mais camadas dos seguintes materiais: cromo (Cr), nitreto de cromo (CrN), oxinitreto de cromo (CrON), óxidos de cromo (CrOx) e óxido de cromo (III) (Cr2O3).

14. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pela segunda camada ou pelo segundo sistema de camadas tem uma dureza entre 29 GPa e 33 GPa.

15. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pela primeira camada ou pelo primeiro sistema de camadas ser uma parte multicamadas que inclui pelo menos um dentre AlCrO, AlCrON, CrOx e Cr2O3.

16. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pela segunda camada ou pelo segundo sistema de camadas ser uma parte multicamadas que inclui pelo menos um dentre Cr, CrN, CrON, CrOx e Cr2O3.

17. SUBSTRATO QUE TEM UM REVESTIMENTO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pela superfície na qual o revestimento é depositado ser feita de um material que inclui um metal ferroso.

18. SUBSTRATO QUE TEM UM REVESTIMENTO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pela superfície na qual o revestimento é depositado ser feita de um material que inclui aço ou ser feita de um material do tipo aço.