Obtenção de filmes finos de nitreto de boro (BN) por RF magnetron sputtering

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Tipo
Tese
Data
2022-08-10
Autores
Oliveira, Carlos Alberto Monesi de
Orientador
Massi, Marcos
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Couto, Antonio Augusto
Vatavuk, Jan
Petraconi Filho, Gilberto
Stryhalski, Joel
Programa
Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Resumo
A indústria busca materiais dúcteis que facilitam os processos de fabricação, mas com boa resistência e dureza que garantam um menor desgaste e tempo de trabalho prolongado. Este trabalho investiga sobre as propriedades de recobrimentos de nitreto de boro (BN), que apresenta alta estabilidade térmica e química, depositados sobre aço ABNT 1045, material muito usado para aplicações em componentes mecânicos sujeitos ao desgaste, tais como: eixos, engrenagens e virabrequins. O BN, quando em sua forma cúbica (cBN) possui elevada dureza o que lhe confere resistência ao desgaste e na sua forma hexagonal (hBN) tem baixo coeficiente de atrito qualificando-o ao emprego como um lubrificante sólido. Os recobrimentos de nanopartículas de nitreto de boro foram depositados por Magnetron Sputtering empregando fontes de potência de rádio frequência (RF) e fonte pulsada de elevada potência (High Power Impulse Magnetron Sputtering - HiPIMS). Para a transformação de filme orgânico contendo boro (B) em BN nanocristalino, foi empregado o processo de tratamento térmico em forno tubular de quartzo em temperaturas na faixa de 450 a 850ºC e o processo de tratamento térmico a plasma de eletrodo oco operando em rádio frequência (RF) na mistura dos gases Ar/N2. Neste caso, as temperaturas de processo na faixa de 270 a 380ºC foram atingidas em função da variação da potência de descarga. A estrutura, as fases e a morfologia dos filmes de nanopartículas de nitreto de boro depositadas foram caracterizadas por XPS, DRX, EDS e AFM. A deposição por Magnetron Sputtering formou um filme de nitreto de boro hexagonal (hBN) com coeficiente de atrito três vezes menor que a do substrato (aço 1045). O Tratamento em forno tubular a 450ºC não levou à formação da fase BN na camada. Uma fase de BN não estequiométrica com deficiência de nitrogênio foi obtida para a temperatura de 650ºC. No tratamento a 850ºC, a fase BN formada é estequiométrica. Os efeitos do BN depositado e incorporado nas propriedades de atrito e dureza do aço ABNT 1045 também foram estudados. O processo de tratamento térmico em forno tubular melhorou a dureza de 5,35 para 11,4 GPa, mostrando uma dependência linear com a temperatura.
Descrição
Palavras-chave
High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) , tribologia , filmes finos , Nitreto de boro hexagonal (hBN) , aço 1045 , magnetron sputtering
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