Modificação das propriedades superficiais de materiais através da implantação de cromo por recoil por meio de implantação iônica por imersão em plasma de nitrogênio

• Autor(a) principal: Carina Barros Mello
• Data de Publicação: 2007
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
• Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m17@80/2007/04.04.12.25

Este trabalho tem por objetivo a modificação das propriedades superficiais de materiais condutores (aço carbono) e semicondutores (silício) utilizando a implantação de átomos de cromo, depositados na superfície dos materiais sob a forma de um filme fino, por meio da implantação iônica por imersão a plasma. O estudo visa entender o processo básico de implantação por recoil (usando silício) e melhorar as propriedades mecânicas, tribológicas e anti-corrosivas de materiais amplamente utilizados na indústria e construção civil (usando aço comum ao carbono). Os filmes de cromo foram depositados em evaporadora de feixe de elétrons em diversas espessuras e a implantação iônica por imersão em plasma de nitrogênio foi realizada variando uma série de parâmetros, como a energia dos íons, pressão de trabalho, tempo de tratamento e espessura do filme. Foram realizadas simulações do processo de implantação utilizando o software livre SRIM. Após os tratamentos, as amostras de silício foram caracterizadas por difração de raios-X de alta resolução na configuração de Rocking Curve e espectroscopia por elétrons Auger (AES). As amostras de aço foram caracterizadas por micro e nanoindentação, ensaios de tribologia e corrosão, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por elétrons Auger (AES). A análise das Rocking Curves mostraram que o aumento da energia, da pressão de trabalho e do tempo de tratamento aumentam o número de íons de nitrogênio implantados no silício, resultados confirmados por AES. Em aço carbono, as análises de micro e nanoindentação mostraram que a dureza superficial aumenta com presença do filme depositado, mas é ainda maior após o tratamento, especialmente para aqueles realizados em alta energia. Os ensaios de tribologia (pin-on-disk) mostraram que, após o tratamento, o coeficiente de fricção é reduzido para a maioria das amostras e que há também uma redução da taxa de desgaste. Os ensaios de corrosão mostraram que a presença do filme na superfície torna o material mais nobre, elevando o potencial de corrosão, em relação a uma amostra sem filme e sem tratamento. Após os tratamentos, esse potencial eleva-se ainda mais, mas para os tratamentos em alta energia, a densidade de corrente aumenta em uma ordem de grandeza em relação a uma amostra sem filme e sem tratamento, acelerando o processo de corrosão. As micrografias obtidas por MEV revelaram as estruturas da superfície antes e depois da corrosão, mostrando um aumento da rugosidade e, para algumas amostras, um mecanismo de corrosão semelhante a corrosão por pites. Os perfis de concentração obtidos por AES confirmou a implantação de nitrogênio e de cromo, mesmo com a perda excessiva de cromo por sputtering nos tratamentos em energia moderada.