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

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dc.contributor.advisorMassi, Marcos
dc.contributor.authorOliveira, Carlos Alberto Monesi de
dc.date.accessioned2022-09-19T14:15:27Z
dc.date.available2022-09-19T14:15:27Z
dc.date.issued2022-08-10
dc.description.abstractA 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.pt_BR
dc.description.sponsorshipIPM - Instituto Presbiteriano Mackenziept_BR
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/30590
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.language.isoenpt_BR
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectHigh Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS)pt_BR
dc.subjecttribologiapt_BR
dc.subjectfilmes finospt_BR
dc.subjectNitreto de boro hexagonal (hBN)pt_BR
dc.subjectaço 1045pt_BR
dc.subjectmagnetron sputteringpt_BR
dc.titleObtenção de filmes finos de nitreto de boro (BN) por RF magnetron sputteringpt_BR
dc.typeTesept_BR
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1992108703603111pt_BR
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-7117-8039pt_BR
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8210553172241999pt_BR
local.contributor.authorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-2501-907Xpt_BR
local.contributor.board1Couto, Antonio Augusto
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2893737202813850pt_BR
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1503-1582pt_BR
local.contributor.board2Vatavuk, Jan
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2607688973456560pt_BR
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9603-3338pt_BR
local.contributor.board3Petraconi Filho, Gilberto
local.contributor.board3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9186923914430935pt_BR
local.contributor.board3Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-9961-4237pt_BR
local.contributor.board4Stryhalski, Joel
local.contributor.board4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5078982111966061pt_BR
local.contributor.board4Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5810-2083pt_BR
local.contributor.coadvisorGrigorov, Korneli Grigoriev
local.contributor.coadvisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3001541270661169pt_BR
local.description.abstractenThe industry seeks ductile materials that facilitate manufacturing processes, but with good strength and hardness that guarantee less wear and prolonged working time. This work investigates the properties of boron nitride (BN) coatings, which have high thermal and chemical stability, deposited on ABNT 1045 steel, a material widely used for applications in mechanical components subject to wear, such as: shafts, gears and crankshafts. BN, when in its cubic form (cBN) has high hardness, which gives it resistance to wear and in its hexagonal form (hBN) it has a low coefficient of friction, qualifying it for use as a solid lubricant. The boron nitride nanoparticle coatings were deposited by Magnetron Sputtering using radio frequency (RF) power sources and high-power pulsed source (High Power Impulse Magnetron Sputtering - HiPIMS). For the transformation of organic film containing boron (B) into nanocrystalline BN, the process of heat treatment in a quartz tube furnace at temperatures in the range of 450 to 850ºC and the process of heat treatment with hollow electrode plasma operating at radio frequency (RF) were used in the Ar/N2 gas mixture. In this case, the process temperatures in the range of 270 to 380ºC were reached as a function of the variation of the discharge power. The structure, phases and morphology of deposited boron nitride nanoparticle films were characterized by XPS, XRD, EDS and AFM. The deposition by Magnetron Sputtering formed a hexagonal boron nitride (hBN) film with a friction coefficient three times lower than that of the substrate (1045 steel). The tube furnace treatment at 450ºC did not lead to the formation of the BN phase in the layer. A non-stoichiometric nitrogen-deficient BN phase was obtained for the temperature of 650ºC. In the treatment at 850ºC, the BN phase formed is stoichiometric. The effects of deposited and incorporated BN on the friction and hardness properties of ABNT 1045 steel were also studied. The tube furnace heat treatment process improved the hardness from 5.35 to 11.4 GPa, showing a linear dependence with temperature.pt_BR
local.keywordsHigh Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS)pt_BR
local.keywordstribologypt_BR
local.keywordsfine filmspt_BR
local.keywordshexagonal boron nitride (hBN)pt_BR
local.keywords1045 steelpt_BR
local.keywordsmagnetron sputteringpt_BR
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)pt_BR
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologiapt_BR
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIASpt_BR
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