Effect of Substrate Heat Treatment on the Tribological Performance of $MoS_{2}$+Ni and DLC Coatings Deposited on Tool Steels

Imagine o mundo da manufatura como uma pista de dança gigante e de alto risco, onde ferramentas de metal e plástico quente estão constantemente girando, moendo e pressionando uns contra os outros. Nesta sala de baile caótica, as ferramentas são os dançarinos principais e, se ficarem muito quentes, muito riscadas ou muito pegajosas, todo o espetáculo desmorona. Este é o mundo da tribologia, a ciência de como as superfícies se esfregam umas contra as outras. Para manter a dança fluindo suavemente, os engenheiros usam revestimentos — camadas finas e invisíveis de materiais especiais pulverizadas sobre as ferramentas para torná-las mais duras ou mais escorregadias. Pense nesses revestimentos como um novo par de sapatos de dança: alguns são feitos de um couro super-resistente para proteger seus pés de ficarem machucados (resistência ao desgaste), enquanto outros são revestidos com uma cera escorregadia para ajudar você a deslizar sem tropeçar (baixo atrito). Mas aqui está a armadilha: mesmo os melhores sapatos não funcionarão se o chão sob eles for instável ou irregular. O "chão" nesta história é a própria ferramenta de metal, e a forma como ela foi tratada antes de os sapatos serem colocados importa tanto quanto os próprios sapatos.

Este artigo mergulha em um duelo de dança específico entre dois tipos de "sapatos" (revestimentos) e quatro maneiras diferentes de preparar o "chão" (o aço da ferramenta). Os pesquisadores queriam ver qual combinação faria as ferramentas dançarem por mais tempo sem tropeçar. Eles testaram dois revestimentos famosos: DLC (Carbono tipo Diamante), que é como uma bota super-dura, incrustada de diamantes, projetada para esmagar qualquer coisa em seu caminho, e MoS2+Ni, uma mistura de dissulfeto de molibdênio que atua como um lubrificante sólido, permitindo que as superfícies deslizem uma pela outra com quase nenhuma resistência. Eles tentaram aplicá-los em dois aços ferramenta comuns (AISI P20+Ni e AISI 420) que haviam sido tratados de diferentes formas: deixados sozinhos, temperados pelo calor (têmpera), endurecidos quimicamente (Tenifer) ou ambos.

Os resultados foram um conto de duas forças diferentes. O estudo descobriu que, se você quiser que sua ferramenta seja incrivelmente escorregadia e reduza o atrito ao mínimo absoluto, o revestimento MoS2+Ni é o campeão indiscutível. Quando colocado em uma ferramenta que havia sido tanto temperada pelo calor quanto tratada quimicamente, ele alcançou um coeficiente de atrito tão baixo quanto 0,0710 no aço P20 e 0,0851 no aço 420. Era como colocar a ferramenta em uma pista de patinação no gelo; ela simplesmente deslizava. No entanto, se o seu objetivo é impedir que a ferramenta seja riscada ou amassada quando for atingida com força, o revestimento DLC é o herói. Graças à sua dureza, que era cerca de 50% maior que a mistura de MoS2+Ni, o revestimento DLC resistiu muito melhor a riscos profundos, especialmente quando a ferramenta por baixo estava endurecida.

Curiosamente, o artigo sugere que o "chão" (o tratamento do substrato) importa mais do que os "sapatos" quando se trata de evitar riscos. Os pesquisadores mediram a profundidade dos riscos e descobriram que apenas o endurecimento do aço através da têmpera reduziu a profundidade do risco em cerca de 65% para o aço P20 e 70% para o aço 420 em comparação com as ferramentas não tratadas. Embora o tratamento químico Tenifer tenha ajudado um pouco, não foi tão eficaz quanto o tratamento térmico. O estudo conclui que não existe uma única ferramenta "perfeita". Em vez disso, se você precisa minimizar o atrito e a perda de energia, deve escolher o revestimento escorregadio MoS2+Ni sobre um aço bem tratado. Mas se você precisa evitar que a ferramenta seja fisicamente danificada por cargas pesadas, o resistente revestimento DLC sobre um aço endurecido é a melhor escolha. O artigo não afirma ter resolvido todos os problemas de manufatura, mas mapeia claramente qual ferramenta escolher para cada trabalho, provando que o segredo para uma ferramenta duradoura é combinar o revestimento certo com a fundação certa.