As condições de serviço com relação às vedações de borracha são principalmente baseadas no estado de deslizamento dinâmico, com alto coeficiente de atrito, o que pode comprometer a segurança do equipamento e a vida útil do serviço. Os filmes de carbono tipo diamante (DLC - diamond like carbon) têm sido os candidatos ideais para a modificação tribológica de superfícies de borracha devido às suas excelentes propriedades tribológicas nas últimas duas décadas.
O carbono tipo diamante é uma classe de materiais amorfos que possuem inércia química superior e resistência à corrosão. Apresenta um coeficiente de atrito (CoF - coefficient of friction) extremamente baixo, o que o torna um dos lubrificantes sólidos mais promissores da engenharia. A pesquisa em DLC/borracha tem sido realizada nas últimas duas décadas devido à sua boa compatibilidade química (de onde os principais componentes são carbono e hidrogênio).
O artigo aponta que o filme de DLC melhora significativamente o desempenho de fricção e desgaste da superfície de borracha, o que reduz drasticamente o coeficiente de atrito da superfície de borracha. No entanto, aplicar filmes duros a um substrato macio ainda é um desafio encontrado pelos autores. A deformação na borracha macia induz a fratura dos filmes duros, e posteriormente, a esfoliação dos filmes DLC, que pode causar desgaste severo.
Uma superfície limpa promove uma boa adesão entre os filmes e o substrato. A limitação de temperatura da borracha torna a limpeza por plasma um método alternativo para obter uma superfície limpa. Um plasma de argônio foi usado pelos autores na pesquisa para tratar a superfície da borracha antes da deposição dos filmes de DLC.
Eles notaram que a diferença morfológica sob tensão, entre borracha tratada com plasma e não tratada por plasma, revela que o tratamento com plasma fortalece a adesão interfacial. Quando a tensão é liberada, todas as trincas retornaram à sua microestrutura inicial. Assim, nenhuma perda de camada das manchas de filme foi observada pelos autores.
Isso indica que o filme DLC adere bem ao substrato de borracha após o tratamento com plasma. A modificação da morfologia da borracha e a mudança da temperatura no início da deposição foram responsáveis pelo aumento da adesão.
Figura 1: Morfologia do filme DLC depositado não-tratado (esquerda) e do filme DLC pré-tratado com plasma argônio (direita) após ser esticado em tensão máxima. Fonte: (Liu et al, 2022).
Embora os filmes de DLC apresentem baixo CoF na superfície de borracha, o consumo de desgaste das camadas de DLC é o principal fator determinante da vida útil de proteção da peça. O aumento da espessura é uma forma alternativa de prolongar a vida útil dos filmes DLC. No entanto, tensões consideráveis são geradas com o aumento da espessura.
Os autores concluem que depois de melhorar a propriedade de resistência ao desgaste, o aumento da força de carga pode deixar de ser um desafio para a borracha revestida com DLC. Assim, a borracha pode suportar condições severas de fricção. Devido à extensa aplicação de materiais macios no ambiente de atrito, o estudo realizado é vital para diminuir o desperdício causado pelo atrito.
LIU, J.; YANG, T.; CAO, H.; DENG, Q.; PAN, C.; WEN, P. "Diamond-like carbon films for tribological modification of rubber" Nanotechnology Reviews, vol. 11, no. 1, 2022, pp. 2839-2856. https://doi.org/10.1515/ntrev-2022-0481
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