Influência dos parâmetros operacionais na formação de filmes finos de TiCN

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dc.contributor.advisorLima, Carlos Roberto Camello
dc.contributor.authorGaudencio, Camila Benini
dc.date.accessioned2024-05-14T13:10:16Z
dc.date.available2024-05-14T13:10:16Z
dc.date.issued2024-04-11
dc.description.abstractNas últimas décadas, filmes finos de carboneto de titânio (TiC) e de carbonitreto de titânio (TiCN) foram amplamente estudados devido as suas propriedades mecânicas superiores, o que lhes confere grandes perspectivas de aplicações industriais, principalmente em ferramentas de corte. Em comparação aos filmes de TiN e TiC, o filme de TiCN exibe melhor resistência à degradação mecânica e à corrosão. Portanto, há a necessidade de um entendimento sobre os parâmetros operacionais empregados no processo de deposição deste material buscando aprimorar a aderência e a taxa de deposição. Neste escopo, este trabalho tem como objetivo estudar a influência da variação dos parâmetros operacionais na adição de nitrogênio, como gás adicional de trabalho, para a formação de filmes de TiCN aplicados por Magnetron Sputtering empregando alvos de carbono e titânio polarizados com fonte RF e DC, respectivamente. Foram produzidos filmes de TiC e TiCN, utilizando como substrato o aço SAE 4340 e a liga de Ti6Al4V, e caracterizados empregando as técnicas de DRX, espectroscopia Raman, perfilometria MEV/EDS, medição do ângulo de contato e scratch test. As amostras de TiC depositadas apresentaram filmes com espessura variando de 120 nm a 195 nm, abaixo da espessura esperada da ordem de 300 nm. O aumento da temperatura com o substrato de SAE 4340, a princípio, aumentou a espessura do filme devido à mobilidade dos átomos. Entretanto, maiores temperaturas diminuíram a espessura devido ao resputtering. O fluxo de nitrogênio se manteve baixo, pois maiores fluxos podem ocasionar fissuras no filme. Com a variação da tensão de polarização do filme foi observado que com maiores tensões negativas melhora a formação de estrutura cristalina, o que não ocorreu com o substrato da liga de Ti6Al4V. O TiCN depositado nas primeiras etapas teve boa aderência ao substrato de SAE 4340 em comparação ao substrato de titânio (Ti6Al4V), que sofreu delaminação manual. Entretanto, na deposição da multicamada Ti/TiN/TiCN, pelo ensaio de scratch test, o filme depositado obteve espessura de 490 nm, com alta cristalinidade, homogeneidade e boa aderência ao substrato. Pelo ensaio de ângulo de contato, o filme multicamada obteve a menor energia de superfície, ou seja, o filme com menor desgaste em relação com o substrato da liga de titânio e o filme de TiCN.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
dc.identifier.urihttps://dspace.mackenzie.br/handle/10899/38711
dc.language.isopt_BR
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Presbiteriana Mackenzie
dc.subjectcarboneto de titânio
dc.subjectnitrogênio
dc.subjectcarbonitreto de titânio
dc.subjectfilmes finos
dc.subjectdeposição física de vapor
dc.subjectmagnetron sputtering
dc.titleInfluência dos parâmetros operacionais na formação de filmes finos de TiCN
dc.typeTese
local.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5984234498421100
local.contributor.advisorOrcidhttps://orcid.org/0000-0002-7669-4059
local.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8921164740421867
local.contributor.board1Massi, Marcos
local.contributor.board1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1992108703603111
local.contributor.board1Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-7117-8039
local.contributor.board2Petraconi Filho, Gilberto
local.contributor.board2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9186923914430935
local.contributor.board2Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-9961-4237
local.contributor.board3Oliveira, Carlos Alberto Monesi de
local.contributor.board3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8210553172241999
local.contributor.board3Orcidhttps://orcid.org/0000-0002-2501-907X
local.contributor.board4Stryhalski, Joel
local.contributor.board4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5078982111966061
local.contributor.board4Orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5810-2083
local.contributor.coadvisorGrigorov, Korneli Grigoriev
local.contributor.coadvisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3001541270661169
local.description.abstractenIn recent decades, thin films of titanium carbide (TiC) and titanium carbonitride (TiCN) have been extensively studied due to their superior mechanical properties, rendering them highly promising for industrial applications, particularly in cutting tools. Compared to TiN and TiC films, TiCN films exhibit better resistance to mechanical degradation and corrosion. Therefore, there is a need for understanding the operational parameters employed in the deposition process of this material to enhance adhesion and deposition rate. Within this scope, this study aims to investigate the influence of varying operational parameters on nitrogen addition, as an additional working gas, for the formation of TiCN films applied by Magnetron Sputtering using carbon and titanium targets polarized with RF and DC sources, respectively. TiC and TiCN films were produced using SAE 4340 steel and Ti6Al4V alloy substrates, and characterized employing XRD, Raman spectroscopy, SEM/EDS profilometry, contact angle measurement, and scratch test techniques. The deposited samples of TiC exhibited films with thickness ranging from 120 nm to 195 nm, below the expected thickness of approximately 300 nm. Increasing the temperature with the SAE 4340 substrate initially increased film thickness due to atom mobility. However, higher temperatures decreased thickness due to resputtering. Nitrogen flow remained low, as higher flows can cause film cracking. Variation in film bias voltage was observed to enhance crystalline structure formation with higher negative voltages, which did not occur with the Ti6Al4V alloy substrate. The TiCN deposited in the initial stages showed good adhesion to the SAE 4340 substrate compared to the titanium substrate (Ti6Al4V), which underwent manual delamination. However, in the deposition of the Ti/TiN/TiCN multilayer, the deposited film obtained a thickness of 490 nm, with high crystallinity, homogeneity, and good substrate adhesion as observed by scratch test. Through contact angle measurement, the multilayer film achieved the lowest surface energy, indicating the lower wear in films compared to the titanium alloy substrate and the TiCN film.
local.keywordstitanium carbide
local.keywordsnitrogen
local.keywordstitanium carbonitride
local.keywordsthin-films
local.keywordsphysical vapor deposition
local.keywordsmagnetron sputtering
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentEscola de Engenharia Mackenzie (EE)
local.publisher.initialsUPM
local.publisher.programEngenharia de Materiais e Nanotecnologia
local.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS
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