Comportamento de superfícies revestidas com filmes de carbono. Estudo de caso em componentes de motores de combustão interna. Marina Luisa Marques

Motivação A economia de combustível é hoje um tema que afeta diversos setores da sociedade, desde a indústria do petróleo até ambientalistas e consumidores. Por ser uma fonte de energia não renovável, o petróleo, ao mostrar que é realmente limitado como recurso, pede a atenção em dois aspectos: 1) A pesquisa de novas fontes de energia 2) A preservação do petróleo que ainda existe Aliada à preservação do petróleo como recurso natural encontra-se a situação ambiental. As normas em relação a emissões da queima de combustível estão cada vez mais rígidas. Estudos estão sendo realizados em relação a como diminuir essas emissões. É bastante claro, entretanto, que a diminuição da quantidade de combustível usada num motor significaria diminuir também a quantidade de emissões de sua queima para a atmosfera.

Motivação Exaustão, 30% Resfriamento do Cilindro, 30% Perdas Mecânicas, 15% Potência, 25% Existe ainda a necessidade hoje de motores cada vez mais compactos e mais potentes. Motores com estas características, e que além disso poluam menos, só são possíveis com a aplicação de tecnologia do novos materiais, mais resistentes e que apresentariam uma resposta melhor às novas condições de funcionamento.

Motivação Uma alternativa interessante para a redução do atrito no trem de válvulas é a aplicação de revestimento de carbono amorfo (DLC, diamond-like carbon), revestimento este que alia excelentes características tribológicas como baixo coeficiente de atrito e alta resistência ao desgaste, a qualidades como alta dureza e inércia química

DLC

DLC DLC é uma forma metaestável de carbono contendo uma fração significativa de ligações sp3. Essas ligações oferecem ao DLC muitas das propriedades do próprio diamante, como sua dureza mecânica, e inércia química e eletroquímica. DLC consiste não somente de carbono amorfo (a-C), mas também de todas suas ligas hidrogenadas, a-C:H.

DLC Existem diversos trabalhos que tratam do uso de filmes de carbono em motores de combustão interna, todos mostrando as excelentes propriedades físicas, químicas e tribológicas deste tipo de revestimento. Entretanto, o DLC apresenta alguns problemas, como falta de adesão do filme aos substrato e quebra precoce do filme. Alguns trabalhos citam elementos como o Si, que incorporados ao DLC, podem aumentar sua adesão e resistência ao desgaste. Outros afirmam que a adição de camadas intermediárias entre o substrato e o DLC podem ajudar na adesão do filme e ainda reduzir tensões residuais. O desafio do projeto será procurar, entre quatro diferentes combinações, uma que se adeque mais ao propósito de redução de atrito e desgaste nas condições de funcionamento de um motor. As combinações escolhidas serão:

DLC 2 1 Subcamada de Nitreto de Cromo (CrxNy), seguida por camada intermediária de silício amorfo (Si(DLC)), mais uma camada de Si+C, e por último a camada de DLC ( 10 amostras) Subcamada de silício amorfo, conhecido por Si (DLC), uma camada intermediária de Si+C, e por fim o revestimento de DLC (10 amostras) 4 3 Deposição de camada única de silício amorfo (Si(DLC)). (10 amostras) Subcamada de Si seguido por deposição de revestimento formado por Si+C ( 7 amostras)

Tribosistema

Benefícios A economia de combustível é um dos principais assuntos de estudo da atualidade, pois envolve não somente o setor automotivo como também o setor de combustíveis, e, principalmente, o setor ambiental. No setor automobilístico, há o interesse em fabricar motores com maior potência, mais compactos e de maior rendimento. Diminuir o atrito mecânico no interior dos motores ajuda a obter melhores resultados nesta área. Além disso, um motor automotivo que use menos combustível significa uma maior economia para o consumidor, tanto na compra do produto como na manutenção do veículo. Se se mostrar eficiente e economicamente viável, a aplicação de DLC em motores de combustão interna pode se estender do trem de válvulas para outras partes e componentes. Isso reduziria significativamente a percentagem de perdas por atrito no motor, isto é, maior parte da energia do combustível seria convertida em potência mecânica.

Motores mais eficientes Benefícios Motores mais eficientes Maior Preservação do Petróleo Melhor resposta ao avanço tecnológico Menor quantidade de emissões Menor custo para o consumidor

Resultados

Resultados