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de Fricção

As intensidades, dos picos dos elementos químicos apresentadas nos tópicos anteriores por meio dos espectros EDS de raios X, foram sintetizadas e serão correlacionadas neste tópico.

A figura 5.2.26 apresenta as intensidades dos picos dos elementos químicos que foram identificados no tribofilme que se desenvolveu sobre a matriz polimérica dos materiais de fricção que foram ensaiados em campo nos regimes de média e alta severidade. Essas intensidades foram obtidas a partir dos espectros apresentados nas figuras 5.2.13-c e 5.2.19-e, respectivamente.

Figura 5.2.26: Comparação entre as intensidades das energias de raios X dos elementos químicos identificados no tribofilme desenvolvido sobre a matriz polimérica dos materiais de fricção ensaiados em campo nos regimes de média e alta severidade.

Como na matriz polimérica do material de fricção que foi ensaiado no regime de baixa severidade foram identificados somente debris de desgaste livres, como mostrou a figura 5.2.6, dessa forma não foi gerado o espectro com a intensidade dos picos dos elementos químicos para essa condição de ensaio.

A intensidade dos picos dos elementos químicos oxigênio, ferro, cobre, silício e enxofre foram maiores para o tribofilme desenvolvido no regime de alta severidade. Isto foi consequência da condição do ensaio, pois nesta condição, o contato entre as superfícies foi mais intenso e a temperatura de trabalho foi entre 280° e 400°C. Como efeito, uma maior quantidade de debris de desgaste foi gerada. Este resultado está alinhado com a constatação feita por Filip, Weiss e Rafaja (2002), que também observaram uma maior geração de debris de desgaste durante os ensaios dinamométricos realizados com materiais de fricção aplicados em freios em temperaturas mais elevadas.

A alta intensidade do pico do elemento químico cobre no regime severo pode está relacionada a maior taxa de deformação do fio de cobre neste regime quando comparado ao de média severidade. No entanto, como as análises por EDS foram realizadas num único ponto dos tribofilmes, a análise realizada no tribofilme desenvolvido no regime de alta severidade pode ter sido feita num ponto com maior concentração de cobre em relação ao do regime de média severidade.

A intensidade dos picos dos elementos químicos identificados nos tribofilmes desenvolvidos na estrutura dos rovings das fibras de vidro foi obtida a partir dos espectros EDS de raios X que foram apresentados nas figuras 5.2.7-f e 5.2.14-e.

Como mostra a figura 5.2.27, à intensidade dos picos dos elementos químicos oxigênio e silício diminuíram, e o do cobre e do enxofre aumentou, e a do ferro praticamente não alterou quando o ensaio em campo mudou de baixa para média severidade. No roving que foi ensaiado no regime de alta severidade, obteve-se o mapa composicional dos elementos químicos.

Figura 5.2.27: Comparação entre as intensidades das energias de raios X dos elementos químicos identificados no tribofilme desenvolvido no roving das fibras de vidro dos materiais de fricção ensaiados em campo nos regimes de baixa e média severidade.

A maior intensidade do pico do elemento enxofre pode estar relacionada a maior quantidade de debris que foram gerados a partir da matriz polimérica. A redução da intensidade dos picos do silício e do oxigênio no regime moderado pode ser associada ao tribofilme mais desenvolvido nesta condição, deixando as fibras de vidro menos exposta a superfície de contato. E a maior intensidade do pico do cobre é consequência da maior taxa de deformação do fio, que foi maior no regime de média severidade em relação ao de baixa severidade.

Para os tribofilmes desenvolvidos sobre os fios de cobre, a intensidade dos picos dos elementos químicos foi obtida dos espectros EDS de raios X que foram apresentados nas figuras 5.2.9-g, 5.2.16-c, 5.2.25-a.

A figura 5.2.28 revela que as intensidades dos picos dos elementos químicos oxigênio e silício diminuíram com o aumento da severidade, e a do ferro foram equivalentes nos regimes de baixa e média, porém dez vezes maior no de alta severidade. Já as intensidades dos picos do elemento químico cobre foram similares nos regimes de média e alta severidade e superiores em relação ao de baixa severidade.

Figura 5.2.28: Comparação entre as intensidades das energias de raios X dos elementos químicos identificados no tribofilme desenvolvido no fio de cobre dos materiais de fricção ensaiados em campo nos regimes de baixa, média e alta severidade.

A maior intensidade dos picos para os elementos químicos oxigênio e silício no regime de baixa severidade está associada a maior exposição das fibras de vidro à superfície de contato. Já a do elemento químico ferro no regime de alta, está relacionada a maior intensidade do contato entre as superfícies atritantes. O menor pico de intensidade do cobre é relacionado a taxa de deformação do fio, que foi menor no regime de baixa severidade.

A figura 5.2.29 correlaciona as espessuras médias dos tribofilmes desenvolvidos sobre os elementos estruturais (matriz polimérica, roving das fibras de vidro e fio de cobre) do material de fricção, em função das condições de ensaio em campo. Como não foi identificado o tribofilme na matriz polimérica para a condição de baixa severidade, o valor da sua espessura foi considerado igual à zero.

Figura 5.2.29: Comparação entre as espessuras médias do tribofilme desenvolvido sobre os elementos estruturais do material de fricção em função das diferentes condições de ensaio em campo (baixa, média e alta severidade).

De maneira geral, a figura 5.2.29 revela que a espessura dos tribofilmes desenvolvidos sobre o roving das fibras de vidro foi menor em relação aos que se formaram sobre a matriz polimérica e o fio de cobre. Este comportamento pode estar relacionado ao fato da resistência mecânica da fibra de vidro ser superior a da matriz polimérica e a do fio de cobre. Por essa razão, a fibra de vidro tem menor deformação em relação ao fio de cobre, e é mais resistente ao desgaste em relação a matriz polimérica. Estes fatores contribuíram significativamente para o desenvolvimento do tribofilme nesses elementos estruturais. Fato que é reforçado pelas maiores dispersões das espessuras medidas nos tribofilmes que se desenvolveram sobre esses dois elementos estruturais.

A figura 5.2.29 revelou também que as espessuras médias dos tribofilme tenderam a aumentar com o aumento da severidade da aplicação. No entanto, não houve diferenças, estatísticas, entre as condições de baixa e média severidade.

A figura 5.2.30 apresenta as marcas das indentações e as curvas de carregamento, ambas obtidas com os ensaios de nano-indentação na microestrutura do tribofilme que se desenvolveu na superfície do material de fricção, em função do regime de severidade de ensaio em campo.

Figura 5.2.30: Material de fricção – marcas de nano-indentação e curvas de carregamento da força normal vs profundidade indentadas na microestrutura do tribofilme, para os diferentes regimes de severidade em campo: (a) baixa, (b) moderado e (c) alta severidade.

- a -

- b -

- c -

As curvas de carregamento e descarregamento da força aplicada em função da profundidade indentada, revelou que os ensaios realizados nas amostras do regime de baixa severidade e moderado, tiveram uma maior dispersão. As imagens obtidas das regiões indentadas revelaram para essas duas condições perfis topográficos mais irregulares, exercendo influência nos resultados.

A figura 5.2.31 apresenta os valores do módulo de elasticidade e da dureza que foram determinados para as três condições de ensaio em campo. A dureza do tribofilme, estatisticamente, aumentou do regime de baixa severidade para o moderado. No entanto, para os regimes moderado e severo, as durezas dos tribofilmes foram, estatisticamente, equivalentes.

Figura 5.2.31: Módulo de elasticidade e dureza do tribofilme desenvolvido no material de fricção que foi ensaiado em campo nos diferentes regimes de severidade.

O módulo de elasticidade do tribofilme também aumentou quando a aplicação veicular mudou do regime de baixa severidade para o moderado. Entretanto, da condição de média severidade para a de alta, o módulo de elasticidade, estatisticamente, diminuiu. Já o módulo obtido na condição de maior severidade foi estatisticamente menor em relação ao módulo obtido no regime de baixa severidade. A variação no módulo de elasticidade, principalmente do regime moderado para o de alta severidade, pode estar associado a dois fatores. O primeiro refere-se as regiões indentadas, que neste caso são desconhecidas, pois não foi possível identificá-las durante a realização dos ensaios. O segundo está relacionado a variação na composição química ou microestrutura do tribofilme, fator que é reforçado pela variação da intensidade dos picos dos elementos químicos de um regime para outro, conforme foi apresentado e discutido anteriormente.