Avaliação química, microestrutural e tribológica de filmes finos de TiCxNy produzidos por arco catódico para aplicações decorativas - Milschi, Letícia (My University, 2016)
The deposition of thin films can be employed to modify and/or functionalize the properties of a material’s surface, improving wear resistance (tribological properties) or changing the resistivity (electrical properties). Moreover, thin films display different colors, which are interesting for decorative applications. Titanium carbonitride thin films (TiCxNy) are known to improve wear resistance, contributing to the lifespan augmentation of industrial tools and for attracting the attention of the industry for the variation of colors that these films can exhibit. Its coloration varies from gold-yellow to dark-gray. The film’s properties and color vary according to the deposition parameters and film stoichiometry. In that sense, the objective of the present work consist in the evaluation of microstructural and tribological properties and color variation produced in titanium carbonitride films, due to the carbon content variation on these films, in turn induced by variation of N2/CH4 ration in the gaseous mixture. The samples were analyzed by X ray Diffraction, Scanning Electron Micrography, Glow Discharge Optical Emission Spectoscopy, Nanoindentation, Nanosclerometry and Spectrophotometry. Results reveal a film color variation from gold-yellow to light-bronze, with gold-yellow being the predominant color for samples with lower carbon content. The diffractograms suggest a FCC structure with isotropic expansion of the unit cell as CH4 is added to the gaseous mixture during the deposition process. The mechanical properties show a hardness reduction with carbon increase in the TiCxNy films structure, on the other hand, scratch resistance is improved with more carbon present during the deposition process. The results obtained in this work show the possibility to produce titanium carbonitride films with different colors and, at the same time, improve its scratching resistance (important property for decorative props) with the increase of carbon content on the film’s structure.
A deposição de filmes finos pode ser utilizada na modificação e/ou funcionalização de propriedades da superfície de um material, melhorando a resistência ao desgaste (propriedades tribológicas) ou alterando a resistividade (propriedades elétricas). Além disso, os filmes finos apresentam cores diferentes, as quais são interessantes para aplicações decorativas. Os filmes finos de carbonitreto de titânio (TiCxNy) são conhecidos por melhorar a resistência ao desgaste, contribuindo no aumento da vida útil de ferramentas industriais, além disso, os filmes TiCxNy chamam a atenção da indústria devido as cores que podem apresentar. Sua coloração pode variar do amarelo- ouro ao cinza escuro. As propriedades do filme e cor variam de acordo com os parâmetros de deposição e estequiometria dos filmes produzidos. Neste sentido, o objetivo do presente trabalho consiste em avaliar as propriedades, microestruturais, tribológicas e a mudança de cor provocadas nos filmes de carbonitreto de titânio devido as variações do conteúdo de carbono dos filmes, introduzidas pela mudança na mistura gasosa (N2/CH4). As amostras foram analisadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia ótica por descarga luminescente, nanoindentação instrumentada, nanoesclerometria e espectrofotometria. Os resultados revelam a variação da cor em uma escala de cores que vai do amarelo- ouro claro até o bronze claro, sendo o amarelo-ouro predominante para as amostras com menor teor de carbono. Os difratogramas sugerem uma estrutura CFC com expanção isotrópica da célula unitária com a adição de CH4 nos processos de deposição. As propriedades mecânicas dos filmes demonstram uma redução da dureza com o aumento de carbono na estrutura dos filmes TiCxNy, porém ocorre uma melhora nas propriedades tribológicas como aumento da resistência ao riscamento com o elevação de CH4 nos processos de deposição. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram a possibilidade da produção filmes de carbonitreto de titânio com uma escala de cores e propriedades, sendo a resistência ao riscamento (característica importante para artigos decorativos) elevada com o aumento do conteúdo de carbono na estrutura.
Keywords: Filmes finos; Superfícies (Tecnologia); Ciência dos materiais; Thin films; Surfaces (Technology); Materials science