[pt] Este trabalho teve como objetivos o estudo das modificações nas propriedades de filmes de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H) através do tratamento da sua superfície com plasma de tetrafluoreto de carbono (CF4) e Argônio e a deposição e estudo das propriedades tribológicas de filmes de carbono amorfo fluorado e hidrogenado (a-C:F:H) sobre substrato de aço inoxidável 316L. A primeira parte da tese descreve a funcionalização por plasma da superfície com flúor de filmes previamente depositados de a-C:H sobre silício cristalino 100 pela técnica da deposição química na fase vapor assistido por plasma PECVD. Esta funcionalização foi feita pelo emprego de plasma de uma mistura dos gases CF4 e Argônio em diferentes proporções. Estes filmes tiveram a sua superfície analisada por espectroscopia de fotoelétrons, microscopia de força atômica e tiveram a sua energia superficial avaliadas por medidas de ângulo de contato de três diferentes líquidos (água deionizada, glicerol e bromonaftaleno). A funcionalização com Flúor tornou a superfície superhidrofóbica, atingindo valores em torno de 140 graus. Na segunda parte da tese descrevemos com sucesso a deposição por PECVD de filmes de carbono amorfo fluorados sobre substratos de aço inoxidável 316L. Para melhorar a adesão, os substratos foram submetidos a tratamento com nitretação e carbonitretação por plasma e a posterior deposição de um filme de titânio e de a-C:H. Nestes filmes foram realizadas medidas de microscopia de força atômica, dureza, espectroscopia de fotoelétrons e tribometria para determinar o coeficiente de atrito e resistência ao desgaste mecânico. Os resultados obtidos mostraram que a incorporação de CF4, produz filmes com propriedades semelhantes às propriedades do Teflon. Obtivemos filmes com dureza em torno de 11Gpa, mais duro que o aço inoxidável 316L, cuja dureza é de aproximadamente 4,5 GPa, porém menor que a medida em aço nitretado. Com relação ao coeficiente de atrito, o filme de a-C:F:H apresentou uma redução significativa em relação ao aço e ao aço nitretado. As medidas de tribometria também mostraram que o filme ficou bem aderido e apresenta boa resistência ao desgaste mecânico, resistindo a centenas de ciclos com a ponta do tribometro arrastando sobre a superfície com forças aplicadas de 10N. Como resultado conseguimos depositar filmes sobre aço inoxidável 316L com baixo coeficiente de atrito, dureza elevada e boa resistência ao desgaste mecânico. / [en] This work aimed to the study of the modifications of the properties of carbon amorphous hydrogenated films (a-C:H) trough the treatment of the surface film with plasma of carbon tetra fluoride (CF4) and Argon. Another object has been the study of the tribological properties of carbon amorphous fluorinated and hydrogenated (a-C:F:H) deposited on substrates of stainless steel 316L. The first part of the these describes the functionalization by plasma of the surfaces with fluorine of films previously deposited of a-C:H on crystalline silicon 100 by the technique of plasma enhanced chemical vapor deposition PECVD. This functionalization was made by the use of plasma of a mixture of CF4 and Argon gases in different proportions. The films had their surfaces analyzed by photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy and their surface energies calculates by measurement of the angle contact of three different liquids (water, glycerol and bromonaphthalene). The functionalization with Fluorine made the surface super hydrophobic, reaching values for the contact angle around 140 degrees. In the second part of the these we describe the successful deposition by PECVD of films of carbon amorphous fluorinated on stainless steel 316L. In order to improve the adhesion, the substrates were submitted to treatment with nitriding and carbonitriding by plasma and the subsequent deposition of a film of titanium and a-C:H. In these films were realized measurements of atomic force microscopy, hardness, photoelectron spectroscopy and tribometry to determine the friction coefficient and the resistance to mechanical wastage. The results obtained showed that an incorporation of CF4, produces films with properties similar to teflon properties. We obtained films with hardness around 11 Gpa, harder than stainless steel 316L, whose hardness is approximately 4,5 Gpa, but smaller than the measure in nitrated steel. In relation to the friction coefficient, the film of a-C:F:H presented a significant reduction in relation to the steel and nitrated steel. The tribometry measurements also showed that the film was well adhered and present good resistance to mechanical wear, resisting to hundreds of cycles with the point of the tribometry dragging on the surface with applied force of 10N. As result we get to deposit films on stainless steel 316L with low friction coefficient, elevated hardness and good resistance to mechanical wear.

[pt] Neste trabalho são apresentados os efeitos nas propriedades mecânicas, estruturais e tribológicas da incorporação de flúor em filmes de carbono amorfo hidrogenados depositados por Deposição na Fase Vapor Assistido por Plasma . A estabilidade térmica de filmes de carbono amorfo fluorados também foi estudada. Os filmes foram depositados a partir de uma mistura dos gases C2H2 e CF4 com uma tensão de autopolarização de - 350V. A mistura de gases da deposição foi variada de uma concentração de 0% até 90% de CF4. A estabilidade térmica foi verificada em filmes depositados com 50% de C2H2 e 50% de CF4 na atmosfera precursora. Os filmes foram submetidos a temperaturas variando de 200oC a 600oC por 30 minutos. As propriedades mecânicas, estruturais e tribológicas dos filmes foram estudados com o uso de técnicas nucleares (retroespalhamento de Rutherford e Detecção por recuo elástico), espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons induzida por raios-X, perfilometria (tensão interna), nanoindentação (dureza), de microscopia de força atômica e de ângulo de contato. Os resultados obtidos mostraram que a incorporação de flúor produzem filmes com as propriedades indo em direção às propriedades do Teflon. Os filmes ricos em flúor são menos densos, mais macios, mais hidrofóbicos e tem um menor coeficiente de atrito do que filmes de carbono amorfo hidrogenados. O tratamento térmico realizado mostrou que os filmes são estáveis a temperaturas de até 300oC. A partir desta temperatura os filmes sofreram perda de flúor e mudanças nas suas propriedades indicando a formação de uma estrutura mais grafítica. / [en] This work presents the effects on the mechanical, structural and tribological properties of the incorporation of fluorine in amorphous carbon films deposited by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). The thermal stability of fluorinated amorphous carbon films was also studied. The films were deposited using mixtures of C2H2 and CF4 gases with a self-bias voltage of - 350V. The concentration of CF4 in the gases mixture was varied from 0% to 90%. The thermal stability was investigated in films deposited with 50% C2H2 and 50% CF4 as precursor atmosphere. These films were annealed in the temperatures range of 200oC to 600oC during 30 minutes for each sample. The mechanical, structural and tribological properties were studied using nuclear techniques (Rutherford Backscattering and Elastic Recoil Detection Analysis), Raman and X-ray photoelectron spectroscopy, profilometry (for internal stress) and nanoidentation (for hardness), atomic force microscopy and contact angle measurements. The results showed that fluorine incorporation produces films with properties resembling the Teflon's properties. The films rich in fluorine appear to have lower density, more hydrophobicity and lower friction coeficient than amorphous carbon films. They are also softer than them. The thermal annealing shows that films were thermally stable within temperatures up to 300oC. Above this temperature the films tend to loose fluorine and their properties change revealing a more graphitic structure.

[pt] Esta dissertação de mestrado tem o seu foco no procedimento metodológico para análise de aço realizada no laboratório químico da aciaria da Companhia Siderúrgica de Tubarão para a certificação do produto e do processo. Neste procedimento, utiliza-se um equipamento de espectrometria baseado na emissão da radiação de átomos excitados presentes em um plasma gerado por uma centelha elétrica. O equipamento está configurado para analisar, simultaneamente teores de 18 elementos presentes em uma amostra de aço. O trabalho focou na estrutura de confiabilidade metrológica implantado no laboratório da CST, principalmente quanto ao procedimento de validação de métodos onde foram avaliadas as características de performance: Seletividade, Linearidade, Limite de detecção, sensibilidade, exatidão, precisão (repetitividade, reprodutibilidade) e robustez, conforme descrito no documento normativo do INMETRO (DOQCGCRE- 0008), mostrando assim que o método utilizado é adequado ao uso. Foi também dada uma especial atenção aos parâmetros de controle do equipamento analítico, a luz dos princípios básicos da técnica de espectroscopia de plasma, com o intuito de se avaliar o funcionamento dos sistemas de controle operacional do equipamento. / [en] This masters degree dissertation is focused on the methodological procedure for steel analysis in the chemical laboratory of CSTs steel making plant in order to certify the product and the process. In this procedure, spectrometry equipment is used based on the radiation emission of excited atoms present in plasma produced by electrical spark. The equipment is set to simultaneously analyze the contents of 18 elements present in a steel sample. The task is focused on the metrological reliability structure used by CSTs laboratory and mainly when it comes to the method validation procedure where the following performance characteristics were considered: Selectivity, Linearity, Detection Limit, Sensibility, Accuracy, Precision (repeatibility, reproducibility) and robustness, according to the INMETROs normative document (DOQ-CGCRE- 0008), thus showing that the method is adequate for its use. Special attention was given to the control parameters of the analytic equipment, based on basic principles of plasma spectrometry technique, in order to evaluate the functioning of the equipments operational control system.

[pt] Filmes de carbono amorfo hidrogenados, (a - C: H) e nitrogenados,) ( a - C: H(N) - depositados pela técnica Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) em atmosferas de metano e metano-nitrogênio foram submetidos a tratamento em plasmas de N2. A influência de vários parâmetros foi investigada: a pressão da câmara, tensão de autopolarização e tempo de exposição. A taxa de erosão determinada por perfilometria. A taxa aumenta com a tensão e tende a saturar-se para altas pressões. A incorporação de nitrogênio foi medida por reação nuclear. O resultado indica um decréscimo no conteúdo de N com o aumento da tensão de autopolarização e pode ser explicado pelo aumento da erosão química e física. As ligações químicas foram analisadas por XPS e dois ambiente podem ser identificados: um com átomos de N rodeado por átomos de C e o outro com átomos N ligado ao H. A modificação da rugosidade da superfície e coeficiente de atrito foi caracterizada por Microscopia de Força Atômica (AFM). A rugosidade da superfície é independente do valores de autopolarização, quando o coeficiente de atrito decresce com o aumento da tensão de autopolarização. / [en] Amorphous Hydrogenated carbon films (a - C: H) and nitrogenated films ) (a - C: H(N) - deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition in 4 CH and CH4-N2 atmospheres were submitted to nitrogen r.f.- plasma treatment. The influence of several parameters was investigated: the chamber pressure, the self-bias voltage and the exposure time. The erosion rate was determined by profilometry. It increases as the self-bias increases and tends to saturate for higher pressures. The nitrogen incorporated in the films was measured by nuclear reation analysis. The results indicate a decrease in the N content a the self-bias increase that can be atributted toen increase of the sputtering yield. The chemical bonds were probed by XPS and two chemical environments can be identified, one with N atoms surrounded by C atoms and the other one with N atoms binding to H. Surface roughness and friction coefficient modifications were followed by atomic force and lateral force microscopies. The surface roughness is independent on the value of the self-bias voltage, while the friction coefficient slightly decreases.

[pt] Neste trabalho são apresentados os efeitos da diluição da atmosfera precursora de metano por três gases nobres (Ar, Ne e He) nas propriedades mecânicas e na microestrutura de filmes de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H). Tanto a influência da diluição da atmosfera precursora de metano (para Vb=-350 V), como da variação da tensão de autopolarização (Vb) são estudadas. A influência da temperatura do substrato também é estudada para três temperaturas do substrato (250 K, 300 K e 420 K) em filmes depositados em atmosferas de 100% CH4 e 2% CH4+98% Ar. Os filmes foram depositados utilizando a técnica de Deposição Química na Fase Vapor Assistida por Plasma (PECVD). As propriedades mecânicas e estruturais foram investigadas com o uso das técnicas nucleares (retroespalhamento Rutherford e detecção de íons de recuo elástico), espectroscopia de absorção no infravermelho, espectroscopia Raman, microscopia de força atômica, medidas de ângulo de contacto, medidas de tensão interna (por perfilometria) e medidas da dureza (por nanoindentação). Os resultados obtidos mostraram que a diluição da atmosfera precursora de metano por gases nobres não induz modificações substanciais à microestrutura do filme ou às propriedades mecânicas. Pelo contrário, os resultados mostraram que tanto a composição, como a microestrutura e as propriedades mecânicas dos filmes são fortemente dependentes da energia de bombardeamento dos íons. Também foi observada uma dependência das propriedades mecânicas e estruturais dos filmes em função da temperatura do substrato. Resultados experimentais importantes e originais foram obtidos a partir da medida da rugosidade dos filmes usando microscopia de força atômica que sugerem uma transição nos mecanismos de formação dos filmes de a-C:H de predominantemente por adsorção/difusão para a predominância dos processos balísticos. / [en] In this work, the effects of the dilution of the precursor methane atmosphere by three noble gases (Ar, Ne and He) on the mechanical properties and the microstructure of hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) are presented. The influence of the precursor atmosphere (for Vb=-350 V) and the variation of the self-bias voltage (Vb) are studied. The influence of the substrate temperature also is studied for three temperatures 250 K, 300 K and 420 K for films deposited in atmospheres of 100% CH4 and 2% CH4 + 98% Ar. The films were deposited by Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition (PECVD). The mechanical and structural properties were investigated with the use of the nuclear techniques (Rutherford backscattering and elastic recoil detection analysis), infrared and Raman spectroscopies, atomic force microscopy, contact angle measurements, internal stress and hardness measurements. The results shown that the precursor atmosphere dilution by noble gases did not induce substantial modifications in the microstructure or in the mechanical properties of the films. On the other side, the results shown that the composition, the microstructure and the mechanical properties of the films are strongly dependent on the ion bombardment regime. The dependence of the mechanical and structural properties of the films as a function of the substrate temperature was also investigated. Experimental results had been obtained from the film roughness measurements using atomic force microscopy. These results suggest the transition from predominantly adsorption/diffusion mechanisms to the predominance of the ballistic processes in the formation mechanisms of the a- C:H films.