Amplificação da dureza de estruturas de multicamadas de filmes finos CrN/Si3N4
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2012 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UCS |
Texto Completo: | https://repositorio.ucs.br/handle/11338/706 |
Resumo: | A engenharia de superfície tem buscado atender a demanda da indústria por ferramentas, peças e outros componentes com maior vida útil e resistência frente ao desgaste, utilizando como revestimentos protetores, materiais cujas propriedades mecânicas, tribológicas e físico-químicas, tais como dureza, atrito, desgaste, resistência à corrosão e à oxidação, entre outras podem ser otimizadas. Uma das condições que podem influenciar diretamente essas propriedades é o tipo de estrutura do revestimento, bem como a temperatura do substrato durante a deposição dos filmes. Neste trabalho foram estudados revestimentos compostos por multicamadas de CrN/Si3N4 depositados sobre substrato de silício (001) a uma temperatura de 300 °C, variando-se a espessura do período da bicamada entre 2 e 10 nm. Diversas técnicas de caracterização físico-química foram utilizadas. Como caracterização de propriedades mecânicas, foi utilizado nanoindentação. Os filmes de camadas individuais produzidos apresentaram razões de Cr/N de 1,02 ± 0,05 e de Si/N de 0,74 ± 0,03, ou seja, estequiométricos e livres de contaminantes. Para CrN atingiu-se uma dureza de 12 GPa, já para Si3N4, 26 GPa. Os parâmetros de deposição para os quais as camadas individuais alcançam durezas próximas ao máximo (12 a 15 GPa para CrN e 18 a 22 GPa para Si3N4) também contribuem para o aumento de dureza, objetivo deste trabalho. Dos períodos de multicamadas avaliados a dureza máxima (34,6 ± 1,27 GPa) foi atingida para um período de 4 nm, representando um aumento de 40% em relação ao Si3N4. Os resultados da caracterização físico-química das amostras apresentam formação efetiva de uma estrutura de multicamadas e permitiram determinar as espessuras de ordem nanométrica, a distribuição dos elementos em profundidade, as ligações químicas presentes na amostra, assim como interfaces abruptas. Além disso, o CrN tem estrutura cristalina e o Si3N4, essencialmente amorfo, satisfazem uma condição prevista na literatura de aumento de dureza pelo mecanismo de travamento das discordâncias nas interfaces cristalino-amorfo. |
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Soares, Tatiana PachecoVasconcellos, Marcos Antonio ZenMichels, Alexandre FassiniCatafesta, JadnaBaumvol, Israel Jacob Rabin2014-06-23T11:48:43Z2014-06-23T11:48:43Z2014-06-232012-12-13https://repositorio.ucs.br/handle/11338/706A engenharia de superfície tem buscado atender a demanda da indústria por ferramentas, peças e outros componentes com maior vida útil e resistência frente ao desgaste, utilizando como revestimentos protetores, materiais cujas propriedades mecânicas, tribológicas e físico-químicas, tais como dureza, atrito, desgaste, resistência à corrosão e à oxidação, entre outras podem ser otimizadas. Uma das condições que podem influenciar diretamente essas propriedades é o tipo de estrutura do revestimento, bem como a temperatura do substrato durante a deposição dos filmes. Neste trabalho foram estudados revestimentos compostos por multicamadas de CrN/Si3N4 depositados sobre substrato de silício (001) a uma temperatura de 300 °C, variando-se a espessura do período da bicamada entre 2 e 10 nm. Diversas técnicas de caracterização físico-química foram utilizadas. Como caracterização de propriedades mecânicas, foi utilizado nanoindentação. Os filmes de camadas individuais produzidos apresentaram razões de Cr/N de 1,02 ± 0,05 e de Si/N de 0,74 ± 0,03, ou seja, estequiométricos e livres de contaminantes. Para CrN atingiu-se uma dureza de 12 GPa, já para Si3N4, 26 GPa. Os parâmetros de deposição para os quais as camadas individuais alcançam durezas próximas ao máximo (12 a 15 GPa para CrN e 18 a 22 GPa para Si3N4) também contribuem para o aumento de dureza, objetivo deste trabalho. Dos períodos de multicamadas avaliados a dureza máxima (34,6 ± 1,27 GPa) foi atingida para um período de 4 nm, representando um aumento de 40% em relação ao Si3N4. Os resultados da caracterização físico-química das amostras apresentam formação efetiva de uma estrutura de multicamadas e permitiram determinar as espessuras de ordem nanométrica, a distribuição dos elementos em profundidade, as ligações químicas presentes na amostra, assim como interfaces abruptas. Além disso, o CrN tem estrutura cristalina e o Si3N4, essencialmente amorfo, satisfazem uma condição prevista na literatura de aumento de dureza pelo mecanismo de travamento das discordâncias nas interfaces cristalino-amorfo.Surface engineering has been searching to attend the industrial demand for tools, parts and other components with larger lifecycles and higher wear resistance, by means of protective coatings whose mechanical, physical-chemical and tribological properties, such as hardness, friction, wear and corrosion and oxidation resistance can be optimized. One of the conditions that can influence directly these properties is the type of structure of the coating, as well as the temperature of the substrate during film deposition. In the present work were studied coatings composed by CrN/Si3N4 multilayers depositated on silicon substrate (001) at a temperature of 300°C, with varying bilayer periods between 2 and 10 nm. Several physicalchemical characterization techniques were used. Mechanical properties were assessed by nanoindentation tests. Films produced with single layers presented Cr/N ratio of 1.02 ± 0.05 and Si/N ratio of 0.74 ± 0.03, thus being considered stoichiometric and free from contaminants. CrN films attained 12 GPa hardness and Si3N4 films attained 26 GPa. Deposition parameters in which the single layers attained hardness values near to the maximum also contributed to the hardness increase, aim of this work. Amongst the multilayer periods evaluated, maximum hardness (H = 34.6 ± 1.27 GPa) was attained for a period of 4 nm, representing an increase of 40% in relation to Si3N4. Physical-chemical characterization techniques evinced the effective formation of a multilayer structure and enabled the determination of nanometric scale thicknesses, the distribution of elements as a function of depth, the chemical bonds present in the sample, as well as the steep interfacial characteristic. Furthermore, due to CrN crystalline structure and Si3N4 which is essentially amorphous, a condition predicted in the literature was satisfied, that is, the increase in hardness by the blocking of dislocation motion mechanism in crystalline-amorphous interfaces.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoTestes de durezaMateriais - TestesAmplificação da dureza de estruturas de multicamadas de filmes finos CrN/Si3N4info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UCSinstname:Universidade de Caxias do Sul (UCS)instacron:UCSinfo:eu-repo/semantics/openAccessUniversidade de Caxias do Sulhttp://lattes.cnpq.br/5909679939007090SOARES, T. P.Programa de Pós-Graduação em MateriaisAguzzoli, CesarTEXTDissertacao Tatiana Pacheco Soares.pdf.txtDissertacao Tatiana Pacheco Soares.pdf.txtExtracted texttext/plain93278https://repositorio.ucs.br/xmlui/bitstream/11338/706/3/Dissertacao%20Tatiana%20Pacheco%20Soares.pdf.txt9f2693b180146744e9ec5451e761d14dMD53THUMBNAILDissertacao Tatiana Pacheco Soares.pdf.jpgDissertacao Tatiana Pacheco Soares.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1414https://repositorio.ucs.br/xmlui/bitstream/11338/706/4/Dissertacao%20Tatiana%20Pacheco%20Soares.pdf.jpg65d6dcb7eebb962285e452291e612fc0MD54ORIGINALDissertacao Tatiana Pacheco Soares.pdfDissertacao Tatiana Pacheco Soares.pdfapplication/pdf2919680https://repositorio.ucs.br/xmlui/bitstream/11338/706/1/Dissertacao%20Tatiana%20Pacheco%20Soares.pdf81921315773c80c60c7cd6e0f031beffMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8279https://repositorio.ucs.br/xmlui/bitstream/11338/706/2/license.txtdeeb8fa550aaa0758114cbdeb0c0955dMD5211338/7062018-08-17 06:05:22.13oai:repositorio.ucs.br:11338/706IERlY2xhcmEgcXVlIG8gZG9jdW1lbnRvIGVudHJlZ3VlIMOpIHNldSB0cmFiYWxobyBvcmlnaW5hbCwgZSBxdWUgZGV0w6ltIG8gZGlyZWl0byBkZSBjb25jZWRlciBvcyBkaXJlaXRvcyBjb250aWRvcyBuZXN0YSBsaWNlbsOnYS4gCiBEZWNsYXJhIHRhbWLDqW0gcXVlIGEgZW50cmVnYSBkbyBkb2N1bWVudG8gbsOjbyBpbmZyaW5nZSwgdGFudG8gcXVhbnRvIGxoZSDDqSBwb3Nzw612ZWwgc2FiZXIsIG9zIGRpcmVpdG9zIGRlIHF1YWxxdWVyIG91dHJhIHBlc3NvYSBvdSBlbnRpZGFkZS4KRepositório de Publicaçõeshttp://repositorio.ucs.br/oai/requestopendoar:2024-03-20T09:16:16.604606Repositório Institucional da UCS - Universidade de Caxias do Sul (UCS)false |
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