Obtenção de filmes finos por descarga luminescente em gases rarefeitos e vapor de isopropóxido de titânio sobre aço AISI M2

Abstract

Resumo: O presente trabalho refere-se à realização de descargas luminescentes em gases rarefeitos e vapores de isopropóxido de titânio com o intuito de formar filmes finos sobre o aço ferramenta AISI M2, e avaliar o seu comportamento tribológico. Para isso utilizou-se a técnica Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (RF-PECVD), ou em tradução livre, deposição química na fase vapor assistida por plasma de radiofrequência. Foram realizados três estudos a fim de avaliar o efeito da variação da potência, da temperatura e da vazão de nitrogênio nas características dos filmes que foram avaliadas nos seus aspectos químicos, através de espectroscopia Raman e espectroscopia por energia dispersiva (EDS); morfológicos, por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e interferometria óptica; físico-químicos, através do método da gota séssil para determinar molhabilidade; e mecânicos, através de nanoindentação instrumentada. Nos estudos foram constatadas a presença de filmes contendo óxidos de ferro e de titânio, bem como de nitreto de titânio cujos comportamentos tribológicos foram baseados em informações de nanodureza (H) e módulo de elasticidade (E) através das relações H/E e H³/E², e determinação de coeficiente de atrito. Todos os filmes obtidos promovem um endurecimento superficial, no entanto, é estimado que possuem pouca aderência ao substrato. Palavras-chave: Deposição Química na Fase Vapor. Aço AISI M2. Comportamento Tribológico. Relações H/E e H³/E². Filmes finos óxidos.

Abstract: The present work concerns about realization of glow discharges in rarefied gases and titanium isopropoxide vapours in order to form thin films on tool steel AISI M2 and assess their tribological behavior. For this, it was used the radiofrequency plasma enhanced chemical vapor deposition technique (RF-PECVD). Three studies were conducted with the purpose of evaluating the effect of power, temperature and nitrogen flow variations on the films characteristics that were evaluated on their chemical aspects, by Raman spectroscopy and energy dispersive spectroscopy (EDS); morphological, by scanning electron microscopy (SEM) and optical interferometry; physico-chemical, through the sessile drop method for determining wettability; and mechanical, through nanoindentation testing. In the studies it was observed the presence of iron and titanium oxides, as well as titanium nitride whose tribological behavior were based on nanohardness information (H) and elastic modulus (E) by the relationships H/E and H³/E² and determination of friction coefficient. All films obtained promote a surface hardening, however, it is estimated that have weak adhesion to the substrate. Keywords: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. Tribological Behavior. Relation H/E and H³/E². Thin films oxides.