Tribological performance of carbon alloyed transition metal dichalcogenide coatings in nitrile butadiene rubber contacts

Abstract

Nos últimos anos, algumas das aplicações promissoras de lubrificantes sólidos em diversos ambientes chamaram muita atenção recentemente. A este respeito, o di-calcogeneto de metal de transição (TMD) pode fornecer algumas soluções favoráveis devido à sua estrutura multicamada altamente anisotrópica. Pure TMD Inharantly tem algumas desvantagens que podem ser otimizadas pela introdução de elementos de dopagem de diferentes compostos metálicos e átomos não metálicos. Neste estudo, um TMD bastante familiar, dissulfeto de tungstênio (WS2), foi ligado com C para melhorar suas propriedades mecânicas e de falha, preservando seu principal atributo de propriedades de baixo atrito a um nível favorável. Neste estudo, foi utilizada uma máquina de deposição de magnetron não balanceado de campo próximo de tamanho semi-industrial, o que nos permitiu depositar os quatro diferentes revestimentos com melhor controle de composição e uniformidade. A caracterização tribológica e mecânica dos revestimentos foi realizada. A morfologia e a cristalinidade foram estudadas. Neste estudo, o uso de viés de substrato nos revestimentos não ligados resultou em melhor desempenho em termos de falha e dureza, que também foi estendido pela adição e aumento adicional da porcentagem de C nos revestimentos. O efeito da temperatura também foi investigado e verificou-se que em uma temperatura mais alta, tanto os tipos de revestimento sem liga quanto os com liga apresentam melhor desempenho em termos de coeficiente de atrito. A fase nanocristalina WS2 foi considerada responsável pelas propriedades de baixo atrito de todos os nossos revestimentos subestequiométricos de enxofre analisados neste estudo. Verificou-se que a relação S/W desempenha um papel importante para melhorar as propriedades de atrito e dificultar as propriedades mecânicas e de falha.

Nos últimos anos, algumas das aplicações mais promissoras dos lubrificantes sólidos em diversos ambientes despertaram muita atenção. A este respeito, o dicalcogeneto de metal de transição (TMD) pode fornecer algumas soluções favoráveis devido à sua estrutura multicamada altamente anisotrópica. Ainda assim, o TMD puro tem algumas desvantagens inerentes, que poderiam ser otimizadas através da introdução de elementos dopantes, sob a forma de diferentes compostos metálicos ou atómos não metálicos. Neste estudo, um TMD bastante familiar, dissulfeto de tungstênio (WS2), foi dopado com C tendo em vista a melhoria das suas propriedades mecânicas e de comportamento à falha e a simultânea preservação das suas propriedades de baixo atrito a um nível favorável, aquele que é considerado o seu maior atributo. Quatro revestimentos TMD diferentes foram depositados numa máquina de deposição de magnetrão não balanceado de campo próximo de tamanho semi-industrial, a qual nos permitiu deter um maior controlo sobre a composição e uniformidade dos revestimentos obtidos. A caracterização tribológica e mecânica dos revestimentos foi realizada. A morfologia e a cristalinidade foram estudadas. O uso de polarização do substrato nos revestimentos não ligados durante a sua deposição resultou no seu melhor desempenho em termos de comportamento à falha e de dureza, sendo que a última foi adicionalmente estendida pelo aumento da percentagem de C nos revestimentos. O efeito da temperatura também foi investigado e verificou-se que a uma temperatura mais elevada tanto os revestimentos não ligados como os ligados têm melhor desempenho no que diz respeito ao seu coeficiente de atrito. A fase nanocristalina WS2 foi considerada responsável pelas propriedades de baixo atrito de todos os revestimentos subestequiométricos de enxofre analisados neste estudo. Verificou- se que o rácio S/W desempenha um papel importante na melhoria das propriedades de fricção dos revestimentos, ainda que piore as suas propriedades mecânicas e o comportamento à falha.