Autor(es):
Ribeiro, Elsa Mónica Fernandes 
Data: 2003
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/1822/818
Origem: RepositóriUM - Universidade do Minho
Detalhes do Documento
Preparação de revestimentos sobre superfícies tridimensionais
Descrição
A aplicação de revestimentos sobre substratos têm demonstrado ser uma combinação muito benéfica, sendo este sistema uma das soluções mais eficaz para fazer face às várias solicitações, que em grau crescente, vêm sendo aplicadas aos “Materiais”. O presente trabalho insere-se nesta área de investigação e incide fundamentalmente no desenvolvimento de um sistema para deposição de revestimentos em peças tridimensionais por pulverização catódica reactiva em magnetrão por dc. Nesse sentido, foi desenvolvido um porta substratos com dupla rotação, que permitisse a deposição em todas as faces das diversas peças a revestir. Adicionalmente foi estudada a influência das condições de deposição nas propriedades dos revestimentos. Os revestimentos estudados foram o (Ti,Si,Al)N e o TiNxOy. A escolha destes revestimentos deve-se ao facto de investigações já realizadas revelarem propriedades muito promissoras, nomeadamente para aplicações onde são realizados elevados esforços mecânicos e em aplicações no domínio decorativo, respectivamente. Inicialmente, preparou-se revestimentos sob diferentes condições de deposição sobre substratos planos e procedeu-se à sua caracterização no que concerne à composição, morfologia e microestrutura. Para o efeito recorreu-se à varias técnicas, como a Espectrometria de Retrodispersão de Rutherford (RBS) utilizada no estudo da composição. No que concerne à caracterização morfológica foi realizada através das técnicas de Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM) e Microscopia de Força Atómica (AFM) e a caracterização microestrutural foi realizada com auxílio das técnicas de Difracção de Raios-X (XRD) e Microscopia Electrónica de Transmissão (TEM). Relativamente, aos revestimentos de (Ti,Si,Al)N caracterizou-se também as propriedades mecânicas, tensões residuais (método da curvatura), dureza e módulo de Young (ultramicroindentação), e resistência ao desgaste (teste “pin on disc”) dos revestimentos, as quais foram relacionadas com as propriedades estruturais apresentadas. No caso dos revestimentos TiNxOy realizaram-se medidas de cor por espectroscopia de reflectância espectral, relacionando-se também a cor dos revestimentos com as suas propriedades estruturais. Após a produção e caracterização dos revestimentos sobre substratos planos e o desenvolvimento do porta substratos com dupla rotação foram produzidos revestimentos sobre peças com superfícies curvas. Os revestimentos de (Ti,Si,Al)N foram depositados sobre pastilhas de corte de carboneto de tungsténio e testadas em ensaios de torneamento mecânico. Atendendo aos resultados obtidos poder-se-á afirmar que as pastilhas de corte apresentaram propriedades bastante promissoras, podendo mesmo dizer-se que apresentaram um desempenho em serviço semelhante ou mesmo superior as pastilhas de corte comerciais utilizadas neste estudo para termo de comparação. No caso dos revestimentos de TiNxOy, estes foram depositados sobre puxadores comerciais normalmente utilizados em portas de armários de casas de banho. Os resultados obtidos revelaram que aparentemente existe uma boa reprodutibilidade das cores dos revestimentos para as mesmas condições de deposição quando se passa de uma deposição em substratos planos para uma deposição em peças, e uma homogeneidade da cor ao longo de todas as faces da peça revestida. The application of thin films to a wide variety of materials has been faced as a very beneficial combination, being this system one of the most effective solutions to face several requests within the frame of applied Materials. The present work is inserted in this investigation area and it deals fundamentally in the development of a system for the deposition of thin films in a threedimensional pieces configuration, using one of the most well-known PVD techniques, the reactive magnetron sputtering. For this, a substrate holder with planetary rotation was developed, allowing the deposition in all the faces of several different test-pieces. Additionally it was studied the influence of the deposition conditions in the properties of the prepared films. Two film systems were studied: hard (Ti,Si,Al)N and coloured TiNxOy. The choice of these films is due to the fact that the foregoing investigations already revealed very promising properties in the application field of these two materials, namely for applications where high mechanical efforts are developed and in applications in the decorative domain, respectively. For this work, a set of films was prepared under different deposition conditions on plane substrate and a detailed characterization in terms of composition, morphology and microstructure was carried out. For this characterization, a wide variety of techniques was used. Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) was used in the study of the composition. The morphologic characterization was done by using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The microstructure characterization was characterized by x-ray diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Regarding the (Ti,Si,Al)N film system, the mechanical properties: residual stress (the bending method), hardness and Young modulus (ultramicroindentation), and wear resistance (pin on disc) were also characterized and related with its composition/structural properties. In the case of the decorative TiNxOy films, colour measurements were carried out by spectral reflectance spectroscopy and also linked with their composition/structural properties. After the preparation and characterization on plane substrates and the development of the substrate holder with planetary rotation, the films were deposited on pieces with curved surfaces. The (Ti,Si,Al)N films were deposited on tungsten carbide cuttings tools and the coating performance during the turning test were evaluated. Regarding the obtained results, it can be concluded that the cutting tools presented quite promising properties, specially in what concerns to wear performance, where it can be said that they presented similar results or even higher than those commercial available cutting tools (used in this study for comparison purposes). In the case of the decorative TiNxOx films, they were deposited on commercial handles used usually in doors of closets of bathrooms. The obtained results revealed a good reproducibility in terms of colours of the films prepared with the same deposition conditions as those used for plane substrates. Also, a good homogeneity of the colour along all of the faces of the covered piece was obtained.
A aplicação de revestimentos sobre substratos têm demonstrado ser uma combinação muito benéfica, sendo este sistema uma das soluções mais eficaz para fazer face às várias solicitações, que em grau crescente, vêm sendo aplicadas aos “Materiais”. O presente trabalho insere-se nesta área de investigação e incide fundamentalmente no desenvolvimento de um sistema para deposição de revestimentos em peças tridimensionais por pulverização catódica reactiva em magnetrão por dc. Nesse sentido, foi desenvolvido um porta substratos com dupla rotação, que permitisse a deposição em todas as faces das diversas peças a revestir. Adicionalmente foi estudada a influência das condições de deposição nas propriedades dos revestimentos. Os revestimentos estudados foram o (Ti,Si,Al)N e o TiNxOy. A escolha destes revestimentos deve-se ao facto de investigações já realizadas revelarem propriedades muito promissoras, nomeadamente para aplicações onde são realizados elevados esforços mecânicos e em aplicações no domínio decorativo, respectivamente. Inicialmente, preparou-se revestimentos sob diferentes condições de deposição sobre substratos planos e procedeu-se à sua caracterização no que concerne à composição, morfologia e microestrutura. Para o efeito recorreu-se à varias técnicas, como a Espectrometria de Retrodispersão de Rutherford (RBS) utilizada no estudo da composição. No que concerne à caracterização morfológica foi realizada através das técnicas de Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM) e Microscopia de Força Atómica (AFM) e a caracterização microestrutural foi realizada com auxílio das técnicas de Difracção de Raios-X (XRD) e Microscopia Electrónica de Transmissão (TEM). Relativamente, aos revestimentos de (Ti,Si,Al)N caracterizou-se também as propriedades mecânicas, tensões residuais (método da curvatura), dureza e módulo de Young (ultramicroindentação), e resistência ao desgaste (teste “pin on disc”) dos revestimentos, as quais foram relacionadas com as propriedades estruturais apresentadas. No caso dos revestimentos TiNxOy realizaram-se medidas de cor por espectroscopia de reflectância espectral, relacionando-se também a cor dos revestimentos com as suas propriedades estruturais. Após a produção e caracterização dos revestimentos sobre substratos planos e o desenvolvimento do porta substratos com dupla rotação foram produzidos revestimentos sobre peças com superfícies curvas. Os revestimentos de (Ti,Si,Al)N foram depositados sobre pastilhas de corte de carboneto de tungsténio e testadas em ensaios de torneamento mecânico. Atendendo aos resultados obtidos poder-se-á afirmar que as pastilhas de corte apresentaram propriedades bastante promissoras, podendo mesmo dizer-se que apresentaram um desempenho em serviço semelhante ou mesmo superior as pastilhas de corte comerciais utilizadas neste estudo para termo de comparação. No caso dos revestimentos de TiNxOy, estes foram depositados sobre puxadores comerciais normalmente utilizados em portas de armários de casas de banho. Os resultados obtidos revelaram que aparentemente existe uma boa reprodutibilidade das cores dos revestimentos para as mesmas condições de deposição quando se passa de uma deposição em substratos planos para uma deposição em peças, e uma homogeneidade da cor ao longo de todas as faces da peça revestida. The application of thin films to a wide variety of materials has been faced as a very beneficial combination, being this system one of the most effective solutions to face several requests within the frame of applied Materials. The present work is inserted in this investigation area and it deals fundamentally in the development of a system for the deposition of thin films in a threedimensional pieces configuration, using one of the most well-known PVD techniques, the reactive magnetron sputtering. For this, a substrate holder with planetary rotation was developed, allowing the deposition in all the faces of several different test-pieces. Additionally it was studied the influence of the deposition conditions in the properties of the prepared films. Two film systems were studied: hard (Ti,Si,Al)N and coloured TiNxOy. The choice of these films is due to the fact that the foregoing investigations already revealed very promising properties in the application field of these two materials, namely for applications where high mechanical efforts are developed and in applications in the decorative domain, respectively. For this work, a set of films was prepared under different deposition conditions on plane substrate and a detailed characterization in terms of composition, morphology and microstructure was carried out. For this characterization, a wide variety of techniques was used. Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) was used in the study of the composition. The morphologic characterization was done by using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The microstructure characterization was characterized by x-ray diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Regarding the (Ti,Si,Al)N film system, the mechanical properties: residual stress (the bending method), hardness and Young modulus (ultramicroindentation), and wear resistance (pin on disc) were also characterized and related with its composition/structural properties. In the case of the decorative TiNxOy films, colour measurements were carried out by spectral reflectance spectroscopy and also linked with their composition/structural properties. After the preparation and characterization on plane substrates and the development of the substrate holder with planetary rotation, the films were deposited on pieces with curved surfaces. The (Ti,Si,Al)N films were deposited on tungsten carbide cuttings tools and the coating performance during the turning test were evaluated. Regarding the obtained results, it can be concluded that the cutting tools presented quite promising properties, specially in what concerns to wear performance, where it can be said that they presented similar results or even higher than those commercial available cutting tools (used in this study for comparison purposes). In the case of the decorative TiNxOx films, they were deposited on commercial handles used usually in doors of closets of bathrooms. The obtained results revealed a good reproducibility in terms of colours of the films prepared with the same deposition conditions as those used for plane substrates. Also, a good homogeneity of the colour along all of the faces of the covered piece was obtained.
Tipo de Documento
Dissertação de Mestrado
Idioma Português
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