Deposição de filmes de DLC no interior de tubos via implantação iônica por imersão em plasma com campo magnético

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Samantha de Fátima Magalhães Mariano
• Orientador(a): Mario Ueda, Rogério de Moraes Oliveira
• Banca de defesa: Luiz Ângelo Berni, Vladimir Jesus Trava-Airoldi, Maria Margareth da Silva, Leide Lili Gonçalves da Silva Kostov
• Tipo de documento: Tese
• 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 aim of this work is to study the deposition of diamond-like amorphous carbon films (a-C:H) inside AISI 304 stainless steel austenitic tubes with the aid of magnetic field. DLC films were deposited inside tubes by using Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition (PIII&D) technique. PIII&D processes were investigated by using tubular steel samples as substrates (150 mm length and 2 mm thickness). The experimental cases were classified according to the tube outer diameters, as T1=110 mm, T2=40 mm and T3=20 mm, respectively. Firstly, the discharges breakdown and their stability conditions were analyzed in detail under the effect of (ExB) crossed fields. Discharges of different working gases were studied, such as argon, nitrogen, methane and acetylene. In this way, the experimental parameters were optimized so that a glow discharge of a hollow cathode type (with wall confinement) could be generated inside the tubes, by using the magnetic field for additional plasma confinement. Then, the first DLC deposition experiments were performed to coat the inner of the substrate tubes. Steel and silicon samples were used to monitor the growing of the as-deposited DLC films there. Later, the configuration for tube assembly was adjusted, from sitting on insulator to suspended position, and the discharge formation was enhanced. As a result, improvements on the deposition conditions inside tubes were obtained. The experimental results show the positive influence of ExB mechanism on the improvement of plasma confinement and also on the established hollow cathode discharges. The so obtained DLC films were analyzed as regards to their microstructure, morphology, chemical and mechanical properties, corrosion and wear resistances. The inner surfaces of steel tubes were properly coated with DLC films, which in turn can act as good protection layers against corrosion and wear. Such properties are especially interesting for inner surface coating of aerospace fuel tubes and also of other industrial components with concave geometry.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/08.11.04.03

Nesta tese é apresentado um estudo sobre a deposição de filmes de carbono amorfo tipo diamante (a-C:H ou DLC, do inglês Diamond-Like Carbon) no interior de tubos de aço inoxidável austenítico ABNT 304. Os filmes de DLC foram depositados usando um sistema de Implantação Iônica por Imersão em Plasma e Deposição (3IP\&D) na presença de campo magnético (CM). As deposições foram monitoradas utilizando-se amostras tubulares de aço inoxidável, com 150 mm de comprimento e 2 mm de espessura. Os casos experimentais foram agrupados de acordo com o diâmetro externo dos tubos, sendo T1=110 mm, T2=40 mm e T3=20 mm, respectivamente. Inicialmente, a ruptura e a manutenção da descarga foram analisadas detalhadamente na presença de campos elétrico e magnético cruzados (ExB), em condições de plasmas diversos com diferentes gases de trabalho (argônio, nitrogênio, metano e acetileno). Deste modo, os parâmetros experimentais foram otimizados para se gerar uma descarga luminescente do tipo catodo oco, no interior dos tubos, com o auxílio de campo magnético no confinamento do plasma. Após esta etapa de avaliação, foram realizados experimentos iniciais para depositar o filme de DLC no interior dos tubos, com o uso de pastilhas de aço inoxidável e lâminas de silício para monitorar o crescimento do filme. Posteriormente, foram propostos alguns ajustes na configuração experimental com o objetivo de melhorar a formação da descarga e promover condições otimizadas para o crescimento do filme de DLC no interior dos tubos. Os resultados experimentais confirmaram a ação positiva do mecanismo ExB na melhoria do confinamento do plasma e na estabilidade das descargas de catodo oco que foram produzidas. Os filmes de DLC foram analisados quanto à sua microestrutura, morfologia, propriedades químicas, mecânicas, de corrosão e tribológicas. Foi possível depositar filmes de DLC na superfície interna de tubos de aço inoxidável austenítico ABNT 304 com boa adesão e boa resistência ao desgaste e à corrosão. Estas propriedades são particularmente interessantes para o revestimento de superfícies internas de tubulações utilizadas no setor aeroespacial e, também, em diversos segmentos da indústria.