Avaliação dos parâmetros de deposição de intercamada derivada de tetrametilsilano para a adesão de a-C:H em substratos de Ti6Al4V
Abstract
Diamond-like carbon (DLC) é um material constituído de carbono nas hibridizações sp2 e sp3, podendo conter ou não hidrogênio. Suas propriedades de baixo coeficiente de atrito, alta dureza e inércia química o tornam um material de interesse para aplicações tecnológicas. No entanto, a adesão de filmes de DLC em algumas ligas metálicas é prejudicada pela fraca força de ligação interfacial e a alta tensão residual do filme. Nesse caso, uma intercamada pode ser utilizada para contornar esse problema. A intercamada é um filme que vincula o DLC e o substrato, e tem a função de aumentar a força de ligação e reduzir a tensão residual do revestimento, aumentando a adesão. O objetivo da pesquisa atual foi buscar correlações entre os parâmetros de deposição, as propriedades do plasma, as propriedades físico-químicas da intercamada e adesão do filme de DLC, com ênfase na produção de filmes bem aderidos. Para a produção dos filmes, a técnica de deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD) com confinamento eletrostático foi utilizada. Na câmara de deposição, substratos de Ti6Al4V foram submetidos a etching, deposição da intercamada de a-SiCx:H a partir de tetrametilsilano (TMS), e deposição do filme DLC. Na 1° série de amostras, os parâmetros alterados foram a presença de hidrogênio na etapa de etching e a temperatura de deposição da intercamada. Na 2° série de amostras, o parâmetro alterado foi o potencial elétrico aplicado na deposição da intercamada. Na 3° série de amostras, o parâmetro alterado foi a proporção de fluxos de Ar/H2 no etching. Em todas as etapas, o plasma foi monitorado por espectroscopia de emissão óptica (OES). A estrutura e morfologia dos filmes de DLC foram avaliados por espectroscopia Raman e microscopia óptica. A espessura dos filmes foi determinada por microscopia eletrônica de varredura com fonte por emissão de campo (FEG-SEM) e espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS). As intercamadas de a SiCx:H foram avaliadas quimicamente por espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). A adesão dos filmes foi determinada por ensaios de riscamento e as trilhas foram analisadas por EDS. Os filmes de DLC depositados são do tipo carbono amorfo hidrogenado (a C:H). Uma maior temperatura de deposição da intercamada resultou em um menor conteúdo de oxigênio que foi associado à maior adesão do filme de a C:H. A tensão de deposição da intercamada afetou sua taxa de crescimento, de forma a produzir a intercamada mais espessa, com (344 ± 1) nm, ao aplicar 600 V. Esse fenômeno foi atribuído a dois mecanismos concorrentes: ionização/dissociação e re-sputtering. Altas tensões elétricas geraram intercamadas com mais carbono e menos silício. As concentrações de carbono e silício passaram de (44,83 ± 0,92) %at. e (41,74 ± 0,80) %at. em 400 V para (69,59 ± 0,70) %at. e (21,42 ± 0,61) %at. em 700 V, respectivamente. A tensão de deposição não provocou mudanças significativas na adesão dos filmes de a-C:H. Aumentar o fluxo relativo de H2 até 40 % no etching melhorou a adesão dos filmes de a-C:H. Em fluxos relativos maiores, a adesão é constante. Sugere-se que o hidrogênio atômico promoveu a eficiência da remoção de oxigênio na interface a-SiCx:H/Ti6Al4V, até que uma saturação fora alcançada. [resumo fornecido pelo autor]