Influência da tensão de deposição de intercamada contendo silício a partir de tetrametilsilano para a adesão de carbono amorfo hidrogenado em substratos ferrosos - Goldbeck, Michael Cristian (My University, 2022)
Energetic losses by friction represents a meaningful portion of the global produced energy. On the other hand, new technologies and materials are constantly developed by the scientific community. Diamond-like carbon, known as DLC, is one of these materials, standing out for the properties of low friction coefficient, high hardness and chemical inertness. The sp² and sp³ carbon and hydrogen content of this material influences its properties. Therefore, there is different subdivisions for the DLC, such as hydrogenated amorphous carbon (a-C:H), amorphous carbon (a C), tetrahedral carbon (ta-C), among others. The DLC film application implies a scientific challenge: the low adhesion on ferrous substrates. There is, currently, strategies to avoid this problem, such as, for example, the usage of an interlayer: a film situated between the DLC and the steel in order to promote adhesion. This work used plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) to deposit silicon-containing interlayers from tetramethylsilane (TMS) applying different voltages to improve DLC adhesion in AISI 4140 steel samples. Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM/FEG), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES), Fourier-transformed infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques were used to characterize the coatings. Scratching tests were performed in a tribometer. It was found that the interlayer thickness increase from 400 to 600 V and decreases from 600 to 800 V. To explain this behavior, it is proposed a mechanism involving ionization, sputtering and dissociation. An increase in the voltage also causes the carbon content to raise in deeper regions of the interlayer and lower on the shallow ones, as well as contribute to the aggregation of oxygen on this interface. This behavior is attributed to the carbon ionic implantation that is favored by the TMS dissociation in the plasma. The most well adhered coatings were produced using 400 V on the interlayer deposition, possibly due to the higher silicon content in the interlayer/steel interface. [resumo fornecido pelo autor]
Perdas energéticas por atrito representam uma parcela significativa de toda energia mundialmente produzida. Em contraponto, novas tecnologias e materiais são desenvolvidos constantemente pela comunidade científica. O diamond-like carbon, conhecido como DLC, é um desses materiais, destacando-se por possuir baixo coeficiente de atrito, alta dureza e inércia química. A quantidade de carbono sp² e sp³ e hidrogênio que este material possui influencia suas propriedades. Assim, há diferentes subdivisões para o DLC, como o carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), carbono amorfo (a-C), carbono tetraédrico (ta-C), entre outros. A aplicação de filmes de DLC implica em um desafio científico: a baixa adesão em substratos ferrosos. Existem, atualmente, estratégias para contornar este problema, como, por exemplo, o uso de uma intercamada: um filme situado entre o DLC e o aço com a função de promover adesão. Este trabalho utilizou a técnica de deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD) para depositar intercamadas contendo silício com diferentes potenciais elétricos a partir de tetrametilsilano (TMS) para a adesão de a-C:H em amostras de aço AISI 4140. Para caracterizar os filmes foram utilizadas as técnicas de espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (SEM/FEG), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS), espectroscopia de emissão ótica por descarga luminescente (GDOES), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). Testes de riscamento foram realizados em um tribômetro. Foi observado que a espessura da intercamada cresce de 400 a 600 V e decresce de 600 a 800 V. Para explicar este comportamento é proposto um mecanismo que considera a ionização, o sputtering e a dissociação. O aumento de tensão faz também com que a concentração de carbono aumente nas regiões mais profundas da intercamada e diminua nas regiões mais rasas, assim como contribui para a agregação de oxigênio nesta interface. Esse comportamento é atribuído à implantação iônica de carbono favorecida pela dissociação do TMS no plasma. Os filmes mais bem aderidos foram produzidos com a intercamada depositada à 400 V, possivelmente pelo maior teor de silício na interface intercamada/aço. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Engenharia química; Carbono - Aplicações industriais