Entendendo Revestimentos de Carbono Tipo Diamante (DLC): Um Guia para Designers de Produto

Você é um designer de produto procurando criar peças ou componentes que farão contato com outras peças ou conjuntos, ou planeja criar produtos que serão expostos a produtos químicos ou ambientes agressivos? Se sim, você deve escolher um material com características de alta resistência ao desgaste e química.

No entanto, embora vários materiais de engenharia tenham propriedades impressionantes de resistência ao desgaste e químicas, esses materiais geralmente não saem da linha baratos. Portanto, designers de produto e fabricantes de alto nível melhoram as propriedades de metais regulares usando processos especiais de acabamento superficial, como revestimento de carbono tipo diamante.

O revestimento de carbono tipo diamante (DLC) é formado quando carbono ionizado e decomposto é feito pousar na superfície de um substrato em alta energia. Este revestimento melhora as propriedades do substrato (como resistência à abrasão, resistência à corrosão e coeficiente de atrito), tornando-os ideais em uma ampla gama de aplicações.

Neste artigo, voltaremos aos fundamentos do revestimento tipo diamante. Também cobriremos os tipos e aplicações desses revestimentos em várias indústrias. Vamos começar!

Figura 1: Um substrato metálico com revestimento de carbono tipo diamante

Entendendo o Revestimento Tipo Diamante

Quando você ouve a frase "revestimento tipo diamante" pela primeira vez, provavelmente se pergunta como o diamante (uma das substâncias naturais mais duras conhecidas) está sendo processado para ser usado como material de revestimento.

Mas você não deve pensar no DLC dessa forma. Em vez disso, você quer pensar no elemento químico essencial que torna o revestimento tipo diamante tão único – que é o carbono. O carbono é tetravalente – o que significa que tem quatro elétrons disponíveis para formar ligações com outros átomos. O número de ligações formadas e o arranjo dessas ligações determinam as propriedades que um composto de carbono possuirá.

Por exemplo, a estrutura molecular de um diamante apresenta vários átomos de carbono, que têm quatro elétrons formando ligações moleculares com outros átomos de carbono. Em contraste, os átomos de carbono na estrutura molecular do grafite utilizam apenas três desses elétrons para formar ligações moleculares uns com os outros. Esta ligeira variação é o que torna os cristais de diamante muito duros e os grafites muito macios.

Figura 2: Ligação molecular no diamante e grafite Fonte: WikiMedia Commons

O filme de carbono tipo diamante é essencialmente feito de átomos de carbono, como diamante e grafite. No entanto, um filme DLC combina a estrutura atômica de diamante e grafite – o que significa que apresenta vários átomos de carbono e utiliza três e quatro dos elétrons dos átomos para formar ligações moleculares. Como resultado, o DLC tem uma combinação das propriedades de diamante e grafite.

Características do Revestimento Tipo Diamante

#1 Baixo Coeficiente de Atrito

O coeficiente de atrito (também chamado de coeficiente de fricção) é um número adimensional que engenheiros usam para descrever o quão bem um material (ou produto) resiste ao atrito quando desliza sobre outra superfície.

Revestimentos DLC têm um coeficiente de atrito muito baixo variando entre 0,015 e 0,2. Como resultado, peças (ou conjuntos) revestidas com DLC tipicamente requerem menos energia para manter um processo (ou operação mecânica). Isso os torna extremamente úteis em aplicações onde você encontra a necessidade de peças móveis, como a indústria automotiva, oficinas de máquinas e a indústria aeroespacial.

Saiba mais: Entendendo Como Fabricantes Fabricam Peças Aeroespaciais.

#2 Excelente Resistência à Abrasão

Abrasão descreve desgaste (abrasão ou esfregamento) de porções de um material devido ao atrito. Geralmente é indesejável e inevitável em operações mecânicas. A única solução alternativa é encontrar um material com alta resistência à abrasão para uma necessidade de aplicação particular.

Metais revestidos com DLC oferecem alta resistência à abrasão comparados a metais regulares. Para lhe dar uma ideia do nível de abrasão que revestimentos DLC oferecem, vamos considerar a Figura 3, que mostra um teste de resistência à abrasão sendo realizado em dois metais.

Figura 3: Teste de desgaste (ou resistência à abrasão) em material revestido com carbono tipo diamante

Suponha que a primeira peça de metal não tenha revestimento adicional enquanto o outro metal é revestido com DLC. Em tal cenário, se você engatar um indentador nos dois materiais (usando a mesma força), você notaria que a superfície revestida com DLC não risca tanto quanto a superfície sem revestimento. Esta característica única torna peças revestidas com DLC úteis em peças de desgaste de motores automotivos, injetores e aplicações de joalheria.

#3 Resistência à Corrosão

Revestimentos DLC oferecem resistência à corrosão, tornando-os ideais em aplicações onde peças serão expostas a ambientes úmidos ou agressivos (por exemplo, dutos e componentes aeroespaciais).

#4 Estética

O revestimento DLC se destaca de outros tipos de revestimento porque protege peças metálicas contra atmosferas agressivas enquanto garante pouca ou nenhuma mudança na aparência estética da peça. Além disso, você pode atingir uma faixa de cor atraente de antracite a preto profundo usando o processo de revestimento DLC.

Tipos de Revestimento DLC

Revestimentos DLC vêm em diferentes tipos, dependendo do metal (ou não-metal) adicionado à sua estrutura química. Por exemplo, revestimentos DLC dopados com metal são simplesmente DLC ligados com metais como titânio, molibdênio, tungstênio, alumínio e cromo. Em contraste, tipos de DLC dopados com não-metal incluem DLC-silício, DLC-flúor e DLC-nitrogênio.

Figura 4: Revestimento DLC dopado com silício em um substrato metálico

A escolha ideal de revestimento DLC ligado dependerá dos requisitos da sua aplicação. Por exemplo, revestimentos DLC ligados com titânio são ideais para aplicações médicas devido às suas excelentes propriedades tribológicas, bio-inércia e inércia química. Em contraste, revestimentos DLC ligados com silício são ideais para ferramentas de corte, blocos de motor, pistões e engrenagens.

Figura 5: Peças de pistão e cilindro com revestimento DLC

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