Estudo de revestimentos de TiN em substratos de aço 15-5 PH com interfaces diluídas para aplicações aeroespaciais - Carlos Eduardo Diniz (2015)
Neste trabalho foi proposta uma combinação de técnicas convencionais para a obtenção de revestimento aderente de nitreto de titânio (TiN) em aço. A investigação foi realizada em filmes de TiN com espessuras da ordem de 200 nm depositados em superfícies de substratos de aço aeronáutico inoxidável 15-5 PH. Este aço é utilizado na indústria aeronáutica para fabricação de peças de trem de pouso de aeronaves, sujeitas ao atrito superficial. Para aumentar a aderência destes filmes, neste trabalho foi proposta a obtenção de interfaces diluídas pela formação de soluções sólidas em processo termicamente ativado. Nestas interfaces as propriedades variam gradativamente do filme até o substrato, resultando no aumento da aderência deste tipo de revestimento. Para a obtenção deste tipo de revestimento de TiN, os filmes de titânio metálico foram depositados nas superfícies de substratos de aço 15-5 PH, através da técnica EB-PVD (Electron Beam Physical Vapor Deposition), e posteriormente submetidos a tratamentos térmicos de nitretação em atmosfera gasosa contendo 95 % de nitrogênio gasoso e 5 % de argônio. Os tratamentos térmicos foram realizados em 3 temperaturas (500, 600 e 700 $^{°}$C) e em 3 tempos (5, 10 e 15 minutos). As amostras obtidas foram caracterizadas por MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura), DRX (Difratometria de Raios X), AFM (Atomic Force Microscopy - Microscopia de Força Atômica), EDX (Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios X) e por nanoindentação. As análises por EDX das superfícies do substrato forneceram uma composição química coerente com a fornecida pelo fabricante e confirmou a presença do filme de titânio metálico. As análises da secção transversal das amostras do filme de Ti - substrato de aço indicaram a formação de interface diluída, composta por solução sólida de Ti e componentes químicos do substrato. As imagens obtidas por AFM das superfícies dos substratos mostraram a presença de poros e riscos pouco profundos. As análises das superfícies por difratometria de raios X, após tratamentos térmicos indicaram a presença de TiN. As imagens das superfícies dos filmes obtidas por AFM indicaram o aumento da rugosidade superficial com o aumento da temperatura de tratamento térmico. As análises dos dados obtidos por nanoindentação e microdureza indicaram a possibilidade de formação de 3 regiões com propriedades de dureza e módulo de elasticidade distintos. Baseando-se nestes resultados foi proposta a modificação da superfície com a formação de 3 camadas, sendo: i) uma camada superficial de nitreto de titânio, ii) uma interface diluída entre o filme de TiN e substrato de aço composta por uma solução sólida de TiN, N, Ti, Fe e Cr e iii) o substrato de aço 15-5 PH. Portanto, estes resultados indicam que as técnicas utilizadas neste trabalho permitiram a obtenção de uma interface diluída entre o filme de TiN e o substrato de aço, atingindo o objetivo principal proposto.