Estudo da formação de interface para obtenção de filmes de DLC altamente aderentes sobre aço

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Patrícia Cristiane Santana da Silva
• Orientador(a): Vladimir Jesus Trava-Airoldi
• Banca de defesa: Evaldo José Corat, Gislene Valdete Martins
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: The great interest in the use of diamond-like carbon (DLC) films is justified by their remarkable mechanical and tribological properties such as high hardness, high wear resistance, chemical inertness, and a very low friction coefficient. This combination of unique properties gives the coating applications in several areas. However, the high levels of compressive stresses, which arise during film growth, turn it difficult to obtain high adhesion. Furthermore, the films high hardness combined with the difference in thermal expansion coefficient, compared to the substrate, causes the DLC film not to easily follow the substrate deformation, which can lead to delamination and total failure of the coating, especially on steel. In this work, DLC films were deposited on high speed steel AISI M2, using the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique, in order to increase adhesion by studying the deposition of silicon interface. The conventional technique was modified. Adherence was evaluated according to the deposition parameters such as time, bombardment energy and pressure, and to the multilayer deposition. Furthermore, the plasma densification was studied in order to increase adhesion by different methods, including the insertion of argon gas in the deposition atmosphere, and by modifying internal arrangement of the deposition system. Based on the ASPN (Active Screen Plasma Nitriding) technology used in nitriding, different configurations of active screen were developed, promoting electron confinament effect. Tribological tests were performed to analyze the adhesion between film and substrate, the friction coefficient, and wear resistance. Raman spectroscopy technique was used to verify the structural arrangement of the carbon atoms and obtain important parameters. Films were further characterized by scanning electron microscopy (SEM), optical and contact profilometry. Results showed that among all tested methods, deposition using active screen showed the best results in adherence gain, combined with the application of high-energy ion bombardment in the silicon interface deposition.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2014/02.06.19.42

O grande interesse no uso de filmes de carbono tipo diamante (DLC) é justificado por suas notáveis propriedades mecânicas e tribológicas, como alta dureza, elevada resistência ao desgaste, inércia química, e baixíssimo coeficiente de atrito. Essa combinação de propriedades únicas confere ao revestimento aplicações nas mais diversas áreas. No entanto, o elevado nível de tensões compressivas, que se originam durante o crescimento do filme, dificulta a obtenção de alta aderência. Além disso, a elevada dureza do filme aliada à diferença no coeficiente de expansão térmica em relação ao substrato faz com que o DLC não acompanhe facilmente a deformação do substrato, o que pode provocar a delaminação e falha total do revestimento, especialmente em aços. Neste trabalho, filmes de DLC foram depositados sobre o aço rápido AISI M2, utilizando a técnica de deposição química na fase vapor assistida por plasma (PECVD), visando o aumento de aderência através do estudo da deposição de interface de silício. Foi introduzida uma modificação na técnica convencional. A aderência foi avaliada em função dos parâmetros de deposição, como tempo, energia de bombardeio, pressão, e da deposição em multicamadas. Além disso, foi estudada a densificação do plasma com objetivo de aumentar a adesão por diferentes métodos, entre os quais, a inserção de gás argônio na atmosfera de deposição, e a modificação no arranjo interno do sistema de deposição. Baseando-se na tecnologia de ASPN (\emph{Active Screen Plasma Nitriding}), utilizada na nitretação, foram desenvolvidas diferentes configurações de tela ativa, promovendo efeito de confinamento de elétrons. Testes tribológicos foram realizados para se analisar a aderência entre filme e substrato, o coeficiente de atrito, e a resistência ao desgaste. A técnica de espectroscopia Raman foi utilizada para verificar o arranjo estrutural dos átomos de carbono e obter parâmetros importantes. Os filmes foram adicionalmente caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), perfilometria óptica e de contato. Os resultados mostraram que dentre todas as metodologias testadas, a deposição em tela ativa apresentou o melhor resultado em ganho de aderência, aliado à aplicação de alta energia de bombardeio dos íons na deposição da interface de silício.