Aço recoberto com diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/05/2003

O químico alemão Ivan Buijnsters, da Universidade de Nijmegen, conseguiu inserir uma camada de diamante sobre um substrato de aço. O feito abre a possibilidade de se construir ferramentas resistentes ao desgaste. O segredo da técnica é uma camada adesiva entre o aço e a camada de diamante.

O pesquisador já havia construído camadas de diamante permitindo que gás metano diluído em hidrogênio se dissociasse em um filamento quente logo acima do substrato. Os átomos de carbono presentes no metano caeam sobre o substrato e formam uma fina camada de diamante. Entretanto, esta técnica não funciona em aço. Quando o substrato é de aço, tudo o que se forma é grafite, também totalmente formado de carbono, mas com outra estrutura molecular.

A foto da esquerda mostra o efeito indesejável, quando se forma grafite sobre o aço. A foto da direita mostra uma camada de diamante perfeitamente depositada sobre o substrato.

Agora o pesquisador descobriu o porquê da formação de grafite e não de diamante sobre o aço. Durante o processo de deposição, o carbono penetra vários micrômetros no metal, formando carbureto de ferro. A seguir aparece o grafite. Este efeito acontece de forma menos intensa no aço inoxidável, embora ele seja forte o suficiente para impedir a formação de uma camada completa de diamante.

Para resolver este problema Buijnsters procurou por um material que pudesse ser colocado entre o aço e o diamante, de forma a evitar a infiltração do carbono e a subseqüente formação de grafite. O material deveria aderir bem ao aço e ser um substrato adequado ao crescimento do diamante. O silício seria a escolha óbvia. Entretanto, os átomos de carbono se difundem através da camada intermediária de silício até atingir o ferro, enfraquecendo o aço.

Uma camada intermediária de nitreto de cromo funcionou bem. Foi relativamente fácil aplicar a camada intermediária aderente, utilizando- se de um aparato de deposição. Camadas de diamante de boa qualidade se formaram em algumas áreas em particular, mas o resultado ainda não foi bom no aço inoxidável.

Um tratamento superficial do aço com boro funcionou melhor, tendo resultados positivos também no aço inoxidável. Uma vantagem desse tratamento é que a diferença de expansão térmica entre o diamante e o aço é dissipada gradualmente. Após a produção do diamante, a cerca de 600º C, o aço contrai-se muito mais do que a cobertura de diamante, descolando a cobertura. O tratamento com boro deu à superfície externa do aço um coeficiente de expansão comparável ao do diamante, resultando em uma cobertura homogênea e capaz de proteger o aço.