Propriedades e parâmetros de escala de filmes de DLC depositados sobre aço ferramenta usando sistema PECVD modificado com cátodo adicional
Data
2016-11-11
Autores
Ramos, Marco Antonio Ramirez 
Orientadores
Airoldi, Vladimir Jesus Trava
Tipo
Tese de doutorado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
The research of nanostructured super hard materials in the form of coatings or thin films with advanced properties has enabled the development of new studies providing important scientific and technological developments in different segments of academia and the productive sector. Among these materials, hydrogenated amorphous carbon (aC: H), also known by the acronym DLC (Diamond-like Carbon) has been highlighted because of its excellent properties such as high strength, high hardness, low friction coefficient, biocompatibility, among others. A challenge for researchers of surface engineering is to deposit DLC films with high adhesion to metal substrates for industrial service applications, where the studies of scale become necessary is very important to understand chemically and physically the process of adhesion and the process deposition of the DLC thin films on different types of substrates. The understanding of these parameters enables the study of the phenomena involved in the adhesion and properties of thin films in different positions inside the reactor. In this context it is important to optimize the operational parameters such as the flow of gas constituents, pressure, temperature, percentage between precursor gases, etc. for obtaining homogeneous films with reproductive performance, etc. Thus, this line of research, this doctoral work aims to identify and better understand the issues involved in adhesion between DLC films and different metal substrates, especially with the growing use of techniques, and the techniques conventionally used. For this, the pulsed DC technique PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) with additional cathodes, not explored so far is used for the deposition of interfaces and DLC films in large areas and large internal volumes of especially prepared ballast for this job. Thus, the primary design contribution is the detailed study of this technique order to establish the deposition parameters necessary for the synthesis of high adhesion DLC films and low residual stresses and establish a correlation with the dimensions and shapes of the additional cathode, which is mainly responsible for the high grip. As part of the characterization studies of DLC films, the structural, morphological, mechanical and tribological of synthesized 4 samples will be determined as the dimensions of the additional cathode, which for the first time is being studied for the deposition of DLC. Finally, it emphasizes that this modified PECVD system, patented by the team operates at pressures below 10-3 Torr, featuring a growth process of DLC films via PECVD on a non-collisions, providing high adhesion between the film DLC and the respective substrates. Harder movies, more compliant, less hydrogenated and less friction coefficient were obtained. The uniformity of these DLC films throughout the reactor volume as characteristics of the voltage function applied, in terms of amplitude, width and pulse frequency was studied promises showing results for all segments of industry
A pesquisa de materiais nanoestruturados super-duros, na forma de revestimentos ou filmes finos, com propriedades avançadas tem possibilitado o desenvolvimento de novos estudos possibilitando evoluções científicas e tecnológicas importantes em diferentes segmentos da academia e do setor produtivo. Entre esses materiais, o carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), também conhecido pela sigla em inglês DLC (Diamond-like Carbon), tem se destacado devido a suas excelentes propriedades, tais como alta resistência mecânica, elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, biocompatibilidade, entre outras. Um desafio para os pesquisadores da área de engenharia de superfícies é depositar filmes de DLC com alta aderência sobre substratos metálicos para aplicações de interesse industrial, onde os estudos de escala se tornam necessários É muito importante compreender química e fisicamente o processo de aderência e o processo de deposição dos filmes finos de DLC nos diferentes tipos de substratos. O entendimento destes parâmetros possibilita o estudo dos fenômenos envolvidos na aderência e das propriedades destes filmes finos nas diferentes posições dentro do reator. Nesse contexto é importante aperfeiçoar os parâmetros operacionais como o fluxo dos componentes de gases, da pressão, da temperatura, do percentual entre os gases precursores, etc. para a obtenção de filmes homogêneos e com desempenho reprodutivo etc. Assim, nesta linha de pesquisa, este trabalho de doutorado tem por objetivo identificar e compreender melhor as questões envolvidas na adesão entre filmes de DLC e diferentes substratos metálicos, especialmente, com o aprofundamento do uso das técnicas, além das técnicas convencionalmente utilizadas. Para isso, a técnica de DC pulsada PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) com catodo adicional, não explorada até agora, será utilizada para a deposição das interfaces e dos filmes de DLC em grandes áreas e grandes volumes internos de um reator especialmente preparado para este trabalho. Desta forma, a principal contribuição do projeto é o estudo detalhado desta técnica buscando estabelecer os parâmetros de deposição necessários para a síntese de filmes de DLC de alta aderência e baixas tensões residuais e estabelecer uma correlação com as dimensões e geometrias do catodo adicional, que é o principal responsável pela alta aderência. Como parte dos estudos de caracterização dos filmes de DLC, as 2 propriedades estruturais, morfológicas, mecânicas e tribológicas das amostras sintetizadas serão determinadas como função das dimensões do catodo adicional, que pela primeira vez estará sendo estudado para a deposição de DLC. Por fim, enfatiza-se que este sistema PECVD modificado, patenteado pela equipe, opera em pressões abaixo de 10-3 Torr, caracterizando um processo de crescimento de filmes de DLC via PECVD em regime de não colisões, proporcionando alta aderência entre o filme de DLC e os respectivos substratos. Filmes mais duros, mais aderentes, menos hidrogenados e com menor coeficiente de atrito foram obtidos. A uniformidade destes filmes de DLC em todo o volume do reator como função das características da tensão aplicada, em termos de amplitude, largura e frequência de pulso foi, também, estudada mostrando resultados promissores para todos os segmentos da indústria.
A pesquisa de materiais nanoestruturados super-duros, na forma de revestimentos ou filmes finos, com propriedades avançadas tem possibilitado o desenvolvimento de novos estudos possibilitando evoluções científicas e tecnológicas importantes em diferentes segmentos da academia e do setor produtivo. Entre esses materiais, o carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), também conhecido pela sigla em inglês DLC (Diamond-like Carbon), tem se destacado devido a suas excelentes propriedades, tais como alta resistência mecânica, elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, biocompatibilidade, entre outras. Um desafio para os pesquisadores da área de engenharia de superfícies é depositar filmes de DLC com alta aderência sobre substratos metálicos para aplicações de interesse industrial, onde os estudos de escala se tornam necessários É muito importante compreender química e fisicamente o processo de aderência e o processo de deposição dos filmes finos de DLC nos diferentes tipos de substratos. O entendimento destes parâmetros possibilita o estudo dos fenômenos envolvidos na aderência e das propriedades destes filmes finos nas diferentes posições dentro do reator. Nesse contexto é importante aperfeiçoar os parâmetros operacionais como o fluxo dos componentes de gases, da pressão, da temperatura, do percentual entre os gases precursores, etc. para a obtenção de filmes homogêneos e com desempenho reprodutivo etc. Assim, nesta linha de pesquisa, este trabalho de doutorado tem por objetivo identificar e compreender melhor as questões envolvidas na adesão entre filmes de DLC e diferentes substratos metálicos, especialmente, com o aprofundamento do uso das técnicas, além das técnicas convencionalmente utilizadas. Para isso, a técnica de DC pulsada PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) com catodo adicional, não explorada até agora, será utilizada para a deposição das interfaces e dos filmes de DLC em grandes áreas e grandes volumes internos de um reator especialmente preparado para este trabalho. Desta forma, a principal contribuição do projeto é o estudo detalhado desta técnica buscando estabelecer os parâmetros de deposição necessários para a síntese de filmes de DLC de alta aderência e baixas tensões residuais e estabelecer uma correlação com as dimensões e geometrias do catodo adicional, que é o principal responsável pela alta aderência. Como parte dos estudos de caracterização dos filmes de DLC, as 2 propriedades estruturais, morfológicas, mecânicas e tribológicas das amostras sintetizadas serão determinadas como função das dimensões do catodo adicional, que pela primeira vez estará sendo estudado para a deposição de DLC. Por fim, enfatiza-se que este sistema PECVD modificado, patenteado pela equipe, opera em pressões abaixo de 10-3 Torr, caracterizando um processo de crescimento de filmes de DLC via PECVD em regime de não colisões, proporcionando alta aderência entre o filme de DLC e os respectivos substratos. Filmes mais duros, mais aderentes, menos hidrogenados e com menor coeficiente de atrito foram obtidos. A uniformidade destes filmes de DLC em todo o volume do reator como função das características da tensão aplicada, em termos de amplitude, largura e frequência de pulso foi, também, estudada mostrando resultados promissores para todos os segmentos da indústria.
Descrição
Citação
RAMOS, Marco Antonio Ramirez. Propriedades e parâmetros de escala de filmes de DLC depositados sobre aço ferramenta usando sistema PECVD modificado com cátodo adicional. 2016. 126 f. Tese (Doutorado) - Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São José dos Campos, 2016.