As ligas de cobre-berílio (Cu-Be) são amplamente utilizadas nas indústrias aeronáutica e automotiva devido às suas excelentes propriedades mecânicas, térmicas e de resistência à corrosão. No entanto, as baixas dureza e resistência ao desgaste podem limitar os seus usos em aplicações de processos de manufatura. Para superar essas limitações, filmes podem ser aplicados à superfície da liga Cu-Be, aumentando a sua resistência ao desgaste e simultaneamente reduzindo o coeficiente de atrito. Dentre às várias opções de revestimentos, os filmes de carbono amorfo (a- C) foram selecionados neste trabalho, pois contém misturas de estados de ligação híbridos (sp2 e sp3) e possuem uma diminuição significativa do coeficiente de atrito no contato. Por outro lado, esta seleção está acompanhada do desafio do uso de filmes a-C em ligas de Cu, em função da baixa adesão entre cobre e carbono. Com esta motivação, o objetivo deste trabalho se concentra no desenvolvimento de revestimento constituído de sistema de intercamadas, para aumentar a adesão, e um filme externo de a-C a ser utilizado em sistema abrasivo e de deslizamento a seco (sem lubrificação). Para alcançar esses objetivos, revestimentos foram depositados em discos C17200 Cu-Be e substratos de wafers de silício. Duas composições de intercamadas (Ti/Si e Ti/TiN/Si) foram analisadas. A composição de Ti/Si com diferentes valores do bias aplicado foram denominadas de C1 e C2. A outra composição de Ti/TiN/Si foi diferenciada pelo tempo de deposição de TiN e chamadas de condições C3 e C4. A configuração do sistema Pulverização Catódica por Corrente Continua pulsada (pDCMS) foi usada para depositar os revestimentos usando titânio policristalino, silício monocristalino e alvos de grafite policristalino. Para promover suporte com maior rigidez para a camada externa de a-C e evitar deformação do substrato uma camada intermediária de TiN foi obtida por processo pDCMS reativo utilizando gases de argônio e nitrogênio. Um alvo de grafite policristalino foi usado para produzir um filme de a-C, sobre as intercamadas. A microestrutura e a topografia dos revestimentos foram examinadas por Microscopia Eletrônica de Varredura de Emissão de Campo (FESEM) acoplada à espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS). O perfil de profundidade da composição química foi medido por espectroscopia de emissão óptica de descarga luminosa (GDOES), que confirmou camadas de revestimento distintas de Ti, Si, a-C nas condições C1 e C2. A presença de camada extra de TiN foi obtida para as condições C3 e C4 e confirmada por análise de XRD de pequeno ângulo. A espectroscopia de espalhamento Raman mostrou uma maior quantidade de ligações sp3 de carbono para as condições de revestimento C3 e C4 em comparação com C1 e C2. Testes de endentação instrumentada indicaram maior dureza e módulo de elasticidade reduzido para os sistemas de revestimento C3 e C4, corroborando os resultados Raman. Microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM) e interferometria de correlação de coerência (CCI) foram usadas para caracterizar as características da superfície dos revestimentos e as trilhas de riscamento após os ensaios. Os resultados mostraram que nos testes de riscamento em macro escala as intercamadas de Ti/TiN/Si melhoraram a adesão do revestimento a-C, pois apresentaram cargas críticas de falha ii mais elevadas em comparação com outras combinações. Os ensaios de desgaste com movimento alternado em discos da liga de cobre-berílio, com revestimentos de Ti/TiN/Si/a-C em contato com esferas de aço AISI 52100, indicaram a possibilidade de formação de uma camada de transferência na superfície da esfera, promovendo menor quantidade de falhas nos revestimentos. Além disso, foi observada redução da taxa de desgaste quando comparados aos revestimentos de Ti/Si/a-C e com o substrato de Cu-Be. Nos ensaios de riscamento em microescala com carga crescente (em rampa) os filmes nas condições C1 e C2 delaminaram e para os revestimentos com TiN foram detectadas falhas de desplacamento (spalling) apenas no final da trilha. Em ensaio de microrriscamento com carga constante, com passe único ou múltiplos passes foram observadas discrepâncias entre os mecanismos de desgaste por abrasão. Em um mesmo risco, foram observados mecanismos de deformação plástica, sulcamento, corte e proa. Para complementar e facilitar a interpretação e o entendimento os resultados foram consolidados de forma que permitem relacionar as propriedades mecânicas e comportamento tribológico para os revestimentos testados. Foram igualmente identificadas as condições testadas com fenômenos observados nas trilhas de desgaste obtidas durante ensaios, sendo estas as principais contribuições e destaque deste trabalho.

Copper-beryllium (Cu-Be) alloys are widely used in the aeronautical and automotive industries due to their excellent mechanical, thermal, and corrosion resistance properties. However, reduced hardness and wear resistance can limit their use in manufacturing applications. To overcome these limitations, coatings can be applied to the surface of the Cu-Be alloy, increasing its wear resistance, and simultaneously reducing the friction coefficient. Among several coatings, amorphous carbon (a-C) films were selected in this work since they can present mixtures of hybrid bond states (sp2 and sp3) and present a significant decrease in the friction coefficient during tribological contact. Nevertheless, a-C films in Cu alloys are challenging due to the low adhesion between copper and carbon. With this motivation, the objective of this work focuses on the development of coatings consisting of an interlayer system to increase adhesion and an external a-C film to be used to allow their use in an abrasive and dry sliding system (without lubrication). To achieve these goals, coatings were deposited on C17200 Cu-Be discs and silicon wafer substrates. Two interlayer compositions (Ti / Si and Ti / TiN / Si) were analyzed. The composition of Ti / Si, for which different values of the applied bias, was denominated C1 and C2. The other composition consisted of Ti / TiN / Si, in which TiN was obtained and was denominated C3 and C4. Pulsed Direct Current Magnetron Sputtering (pDCMS) system configuration was used to deposit the coatings using polycrystalline titanium, monocrystalline silicon, and polycrystalline graphite targets. The TiN interlayer was obtained by pDCMS reactive process using argon and nitrogen gases. A polycrystalline graphite target was used to produce an (a-C) film over the tailored interlayers. The microstructure and topography of the coatings were examined by Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) coupled with X-ray dispersive energy spectroscopy (EDS). The chemical composition depth profile was measured by glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES), which confirmed distinct coating layers of Ti, Si, a-C (C1 and C2 conditions). The presence of a TiN extra layer was obtained for the C3 and C4 conditions, confirmed by small-angle XRD analysis. Raman scattering spectroscopy showed a higher quantity of sp3 carbon bonds for C3 and C4 coating conditions than C1 and C2. Instrumented indentation tests indicated a higher hardness and reduced elastic modulus for C3 and C4 coating systems, corroborating Raman results, in which was observed a higher concentration of sp3 bonds. Scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), and coherence correlation interferometry (CCI) were used to characterize the coatings' surface features and scratch tracks after the tests. The results showed that in the macro scale scratch tests, the Ti/TiN/Si interlayers improved the adhesion of the a-C coating, presenting higher critical failure loads compared to other combinations. Sliding wear tests on C17200 Cu-Be alloy disc, with Ti/TiN/Si/a-C coatings in contact with AISI 52100 steel balls indicated the possible formation of a transferred layer on the surface of the ball reducing coating failures. In addition, these conditions decreased the wear rate compared to the Ti/Si/a-C coatings and the Cu-Be substrate. In micro scale scratch tests, using an increasing load, the films obtained under C1 and C2 conditions were delaminated and, a spalling was iv observed in the coatings system with TiN interlayer at the end of the tracks (C3 and C4 conditions). Micro-scratch test using constant load with single or multiple passes, discrepancies were observed between the abrasion wear mechanisms. Plastic deformation, grooving, cutting and wedge mechanisms were observed in the same scratch. The results were consolidated to complement the interpretation and understanding, which allows the mechanical properties and tribological behavior of the tested coatings. The conditions tested and also identifying phenomena observed in the wear tracks are the main contributions and they are highlighted in this Thesis.