Neste trabalho, foram produzidos filmes finos de carbono pela técnica de magnetron sputtering usando substratos monocristalinos de alumina com plano-c orientado em (0001) e substratos de Si (111) e Si (100), empregando Co, Ni e Cu como filmes intermediários (buffer-layers). As deposições foram conduzidas em três etapas, sendo primeiramente realizadas com buffer-layers de cobalto em substratos de alumina, onde somente após a produção de grande número de amostras, foram então realizadas as deposições usando buffer-layer de cobre em substratos de Si. Em seguida foram realizadas as deposições com buffer-layers de níquel em substratos de alumina. A cristalinidade dos filmes de carbono foi avaliada por meio da técnica de espectroscopia Raman e complementarmente por difração de raios X (DRX). A caracterização morfológica dos filmes foi feita por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV E FEG-SEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Picos de DRX referentes aos filmes de carbono foram observados apenas nos resultados das amostras com buffer-layers de cobalto e de níquel. A espectroscopia Raman mostrou que os filmes de carbono com maior grau de cristalinidade foram os produzidos com substratos de Si (111) e buffers de Cu, e com substratos de alumina com buffer-layers de Ni e Co, tendo este último uma amostra com o maior grau de cristalinidade de todas as produzidas no trabalho. Foi observado que o cobalto possui menor recobrimento sobre os substratos de alumina quando comparado ao níquel. Foram realizados testes de absorção de íons de Ce pelos filmes de carbono em duas amostras e foi observado que a absorção não ocorreu devido, provavelmente, ao baixo grau de cristalinidade dos filmes de carbono em ambas amostras. / In this work, carbon thin films were produced by the magnetron sputtering technique using single crystal substrates of alumina c-plane (0001) and Si (111) and Si (100) substrates, employing Co, Ni and Cu as intermediate films (buffer-layers). The depositions were conducted in three stages, first with cobalt buffer-layers where only after the production of a large number of samples, the depositions using cooper buffer-layers were carried out on Si substrates. Then, depositions were performed with nickel buffer-layers using single-crystal alumina substrates. The crystallinity of the carbon films was evaluated by using the technique of Raman spectroscopy and, complementarily, by X-ray diffraction (XRD). The morphological characterization of the films was performed by scanning electron microscopy (SEM and FEG-SEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The XRD peaks related to the carbon films were observed only in the results of the samples with cobalt and nickel buffer-layers. The Raman spectroscopy showed that the carbon films with the best degree of crystallinity were the ones produced with Si (111) substrates, for the Cu buffers, and sapphire substrates for the Ni and Co buffers, where the latter resulted in a sample with the best crystallinity of all the ones produced in this work. It was observed that the cobalt has low recovering over the alumina substrates when compared to the nickel. Sorption tests of Ce ions by the carbon films were conducted in two samples and it was observed that the sorption did not occur probably because of the low crystallinity of the carbon films in both samples.

O desenvolvimento de filmes finos e nanotecnologia tem proporcionado imensos avanços nas áreas científicas e tecnológicas. A nanotecnologia, em sua essência, não pode ser considerada como uma simples redução das dimensões das propriedades dos materiais. Na verdade surgem novas propriedades que não podem ser caracterizadas por técnicas convencionais. Assim surgiram novos sistemas que são empregados na identificação destas novas propriedades e características. Muitas vezes os avanços tecnológicos que podem ser observados no dia a dia são frutos de pesquisas que foram recentemente realizadas. A demanda por óxidos condutores transparentes (TCO) para aplicações em optoeletrônicos, tais como painéis de toque, monitores de tela plana, diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) e outros dispositivos móveis, tem aumentado continuamente e se enquadram neste desenvolvimento. O objetivo desse trabalho é analisar filmes finos de óxido de zinco produzidos por magnetron sputtering. Procuramos quais filmes de óxido de zinco possuem as melhores características de um TCO. Após esta análise temos condições de determinar quais foram os melhores parâmetros de deposição para a construção do filme de óxido de zinco. Os filmes finos foram analisados por: Rutherford backscatering spectroscopy (RBS), CxV, IxV, Efeito Hall, Interferômetria e Espectofotômetria UV-Vis-NIR. / can not be considered as a simple reduction of dimensions and scaling of material properties. In fact, CxV, flat panel monitors, Hall Effect, Interferometry and UV-Vis-NIR Spectrophotometry., has continuously increased and fits into this development. The objective of this work is to analyze thin films of zinc oxide, in its essence, induced by magnetron sputtering. We look for which zinc oxide film have the best characteristics for a TCO. From these results it is possible to concl, IxV, new properties that arise can not be characterized by conventional techniques. Thus new systems have emerged which are employed in the identification , organic light emitting diodes (OLEDs) and other mobile devices, such as touch panels, The development of thin films and nanotechnology has provided immense advances in scientific and technological areas. Nanotechnology

O desenvolvimento de filmes finos e nanotecnologia tem proporcionado imensos avanços nas áreas científicas e tecnológicas. A nanotecnologia, em sua essência, não pode ser considerada como uma simples redução das dimensões das propriedades dos materiais. Na verdade surgem novas propriedades que não podem ser caracterizadas por técnicas convencionais. Assim surgiram novos sistemas que são empregados na identificação destas novas propriedades e características. Muitas vezes os avanços tecnológicos que podem ser observados no dia a dia são frutos de pesquisas que foram recentemente realizadas. A demanda por óxidos condutores transparentes (TCO) para aplicações em optoeletrônicos, tais como painéis de toque, monitores de tela plana, diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) e outros dispositivos móveis, tem aumentado continuamente e se enquadram neste desenvolvimento. O objetivo desse trabalho é analisar filmes finos de óxido de zinco produzidos por magnetron sputtering. Procuramos quais filmes de óxido de zinco possuem as melhores características de um TCO. Após esta análise temos condições de determinar quais foram os melhores parâmetros de deposição para a construção do filme de óxido de zinco. Os filmes finos foram analisados por: Rutherford backscatering spectroscopy (RBS), CxV, IxV, Efeito Hall, Interferômetria e Espectofotômetria UV-Vis-NIR. / can not be considered as a simple reduction of dimensions and scaling of material properties. In fact, CxV, flat panel monitors, Hall Effect, Interferometry and UV-Vis-NIR Spectrophotometry., has continuously increased and fits into this development. The objective of this work is to analyze thin films of zinc oxide, in its essence, induced by magnetron sputtering. We look for which zinc oxide film have the best characteristics for a TCO. From these results it is possible to concl, IxV, new properties that arise can not be characterized by conventional techniques. Thus new systems have emerged which are employed in the identification , organic light emitting diodes (OLEDs) and other mobile devices, such as touch panels, The development of thin films and nanotechnology has provided immense advances in scientific and technological areas. Nanotechnology

Nióbio e suas ligas são utilizados atualmente em muitas aplicações industriais por oferecerem excelente resistência à degradação em diversos meios corrosivos. Estes meios incluem atmosferas gasosas em temperaturas elevadas, como as encontradas em plantas de gaseificação de carvão existentes em usinas termelétricas para geração de energia. As atmosferas encontradas nestes meios são misturas gasosas complexasque contêm, entre outros compostos, oxigênio e enxofre. Os sulfetos são compostos menos estáveis, possuem pontos de fusão mais baixos e apresentam, freqüentemente, maiores desvios de estequiometria em relação ao óxido correspondente. Apesar de existirem estudos relacionados à aplicação de metais refratários em atmosferas sulfetantes a temperaturas elevadas, o uso de compostos de nióbio ainda não foi devidamente avaliado como revestimento protetor, havendo poucos dados disponíveis na literatura. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito proporcionado por um filme de nióbio, obtido por pulverização catódica,sobre o comportamento de sulfetação isotérmica das ligas Fe-20Cr e Fe-20Cr-1Y.Os testes de sulfetação foram realizados a 500, 600 e 700°C pelo período de 2h em atmosfera H2/2%H2S. A avaliação da resistência à sulfetação foi feita por meio do ganho de massa por unidade de área exposta. Observou-se que o comportamento de sulfetação a 500ºC das ligas FeCr e FeCrY sem e com revestimento é similar. Nesta condição, nenhuma das ligas sofreu escamação. A 700ºC a liga FeCr sofreu leve escamação na forma de um pó fino, enquanto que o produto de reação formado sobre a liga FeCrY escamou na forma de placas. O efeito do nióbio se torna pronunciado a 700ºC. A camada de produto de reação formada sobre as ligas revestidas é mais fina e plástica que na liga sem revestimento. O ganho de massa por unidade de área diminuiu sensivelmente para as ligas recobertas, que não sofreram escamação. / Niobium and niobium based alloys are currently used in many industrial applications because they offer excellent resistance to degradation in various corrosive environments. These media include gaseous atmospheres at high temperatures such as those found in existing coal gasifying plants in power plants for energy generation. These atmospheres are complex gas mixtures that contain sulfur and oxygen, among other compounds. Sulphides are thermodynamically less stable, have lower melting points and often have larger deviations from stoichiometry compared to the corresponding oxides. Although there are studies regarding the use of refractory metals in high temperature sulphidizing atmospheres, the use of niobium compounds has not been adequately evaluated and there is very little studies available in the literature about its use as a protective coating. The aim of this study was to evaluate the effect of a niobium film, deposited by magnetron sputtering on the isothermal sulphidation behavior of Fe-20Cr and Fe-20Cr-1Y alloys. The sulphidation tests were carried out at 500, 600 and 700° C for 2h in H2/2% H2S atmosphere. The sulphidation resistance was determined by mass gain per unit area. The sulphidation behavior of the coated and uncoated alloys was similar at 500ºC, and none of the alloys spalled. At 700ºC FeCr alloy scalled in the form of a fine powder, while the reaction product formed on the alloy FeCrY scalled in the form of plates. The effect of niobium became pronounced at 700°C. The reaction product layer formed on the coated alloy was thinner andmore plastic than that formed on the uncoated alloy. The mass gain per unit area of the coated alloys decreased significantly and they did not scaled.

Nous étudions les mécanismes d’endommagement dus à l’érosion pluie sur des matériaux massifs et sur des matériaux revêtus. Pour cela, un banc d’essais spécifique a permis de mener des recherches en laboratoire. Le principe de l’essai repose sur l’émission de jets à haute vitesse et à haute fréquence.L’étude des matériaux massifs met en évidence un mécanisme de propagation de fissures par fatigue qui aboutit à des pertes de matière. Ces mêmes endommagements ont été observés sur des échantillons usés en service. Il a été confirmé que la dureté augmente la résistance à l’érosion pluie des matériaux métalliques.L’étude des revêtements s’est focalisée sur 2 technologies, à savoir la pulvérisation cathodique magnétron, qui est un procédé de déposition phase vapeur, et la projection thermique sous flamme supersonique. Les revêtements obtenus par projection thermique (dont l’épaisseur était supérieure à 200 μm), se sont révélés moins résistants à cause d’un manque d’adhérence ou de la présence de défauts au sein du matériau. Les revêtements obtenus par PVD (dont l’épaisseur était inférieure à 30 μm) ont permis d’obtenir des gains de résistance significatifs. Dans tous les cas, quel que soit la technologie utilisée, l’adhérence du revêtement s’est révélé être un paramètre critique en ce qui concerne la résistance de la surface à l’érosion pluie. Enfin, une simulation numérique en dynamique a permis d’étudier les champs de contraintes dans des feuillets métalliques, et ce, en faisant varier leurs épaisseurs, les matériaux qui les composent, et la vitesse d’impact. Les résultats de la simulation tendent à prouver que la propagation des ondes de contraintes dans le matériau peut entrainer des phénomènes de sur-contraintes dans les feuillets les plus fins à cause de la réflexion des ondes sur la face antérieure de la plaque. / The study deals with the rain erosion mechanisms of both bulk and coated materials. For that purpose, a specific test bench has been built, enabling laboratory research. The principle of the test is based on the emission of high-speed water jets at high frequency.Studying bulk materials confirmed the positive influence of hardness on rain erosion resistance for metallic materials. The mechanism found responsible for material losses is the propagation of fatigue cracks. These fatigue damages were also observed on in-service worn out samples.The analysis of coated materials focused on two covering technologies, namely physical vapor magnetron sputtering deposition (Magnetron PVD) and high velocity oxy-fuel coating spraying (HVOF). The coatings obtained by HVOF (> 200μm) weren’t resistant enough due to lack of adhesion and/or due to specific defects within the material. The coatings obtained by PVD (< 30μm) have yielded to significant improvements on the surface resistance. However, the adhesion of the coating appeared as a critical parameter for the rain erosion resistance.Finally, a numerical simulation has been designed to study dynamic stress fields in metal sheets. Moreover the model allowed the sheets thicknesses, the materials, and the speed of impact to vary. The simulation showed that the propagation of stress waves in the material may cause over-stresses phenomena in the thinner sheets, due to the reflection waves on the back side of the plate.

<p>High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) is a novel pulsed power technique. In HiPIMS, high power pulses are applied to the target for short duration with a low duty factor. It provides a high degree of ionization of the sputtered material (in some cases up to 90%) and a high plasma density (10¹⁹ m^-3) which results in densification of the grown films. Recently a large side-transport of the sputtered material has been discovered, meaning that the sputtered material is transported radially outwards, parallel to the cathode surface. In this research, we use this effect and study the side-ways deposition of thin films. We designed a new magnetron sputtering system, consisting of two opposing magnetrons with similar polarity. Ti films were grown on Si using the side-ways transport of the sputtered material. Scanning electron microscope was employed to investigate the microstructure of the grown films. Optical emission spectroscopy (OES) measurements were made for investigating the ionized fraction of the sputtered material while Langmuir probe measurements were made for evaluating the plasma parameters such as electron density. The conclusion is that the system works well for side-ways deposition and it can be useful for coating the interior of cylindrically shaped objects. It is a promising technique that should be used in industry.</p>

High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) is a novel pulsed power technique. In HiPIMS, high power pulses are applied to the target for short duration with a low duty factor. It provides a high degree of ionization of the sputtered material (in some cases up to 90%) and a high plasma density (1019 m-3) which results in densification of the grown films. Recently a large side-transport of the sputtered material has been discovered, meaning that the sputtered material is transported radially outwards, parallel to the cathode surface. In this research, we use this effect and study the side-ways deposition of thin films. We designed a new magnetron sputtering system, consisting of two opposing magnetrons with similar polarity. Ti films were grown on Si using the side-ways transport of the sputtered material. Scanning electron microscope was employed to investigate the microstructure of the grown films. Optical emission spectroscopy (OES) measurements were made for investigating the ionized fraction of the sputtered material while Langmuir probe measurements were made for evaluating the plasma parameters such as electron density. The conclusion is that the system works well for side-ways deposition and it can be useful for coating the interior of cylindrically shaped objects. It is a promising technique that should be used in industry.

O PVD (Physical Vapor Deposition- Deposição física na fase de vapor) é um meio utilizado para a produção de recobrimentos e empregado em grande escala industrial. É um processo de deposição atômica no qual o material é vaporizado de alvo sólido por sputtering e posteriormente condensado sobre a peça a ser revestida na forma de filme. O processo ocorre em uma câmara de vácuo, na presença de plasma, e por diferença de potencial os íons, na forma pura ou combinados com átomos de hidrogênio ou carbono, são movidos para a superfície do substrato. Uma técnica relativamente nova de sputtering é o HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) que utiliza impulsos de energia extremamente altas com densidade de potência possibilitando filmes com melhores performances e mais densos. No presente trabalho filmes de nitreto de cromo (CrN) foram depositados por duas técnicas de magnetron sputtering, HiPIMS e DCMS (Direct Current Magnetron Sputtering), variando frequência de pulso em 400 Hz, 450 Hz e 500 Hz para o HiPIMS e a tensão de polarização em 0 V, -20 V, -40V, -60V, - 100 V e -140 V para os dois processos. Foram obtidos filmes com maior dureza, menor rugosidade para HiPIMS, no entanto DCMS apresentou maior taxa de deposição. O aumento da frequência nos filmes HiPIMS, assim como o aumento da tensão de polarização negativa possibilitaram filmes com morfologia mais densa e homogênea. Este fato também foi observado com o aumento do valor de bias nos filmes depositados por DCMS. Os valores de dureza obtidos (17 ± 2 para DCMS e 26 ± 1 para HiPIMS) são superiores aos reportados na literatura e podem estar relacionados ao efeito de \"multicamadas\" obtido pela oscilação do substrato. / PVD (Physical Vapor Deposition) is a process used for coatings deposition and it is used on a large industrial scale. It is an atomic deposition process in which the material is vaporized from solid target by sputtering and then condensed onto the part to be coated in film form. The process occurs in a vacuum chamber in the presence of plasma, and by potential difference the ions in pure form or combined with hydrogen or carbon atoms are moved to the surface of the substrate. A relatively new sputtering technique is the HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) which uses extremely high energy pulses with power density to enable higher performance and denser films. In the present work, chromium nitride (CrN) films were deposited by two magnetron sputtering techniques, HiPIMS and DCMS (Direct Current Magnetron Sputtering), varying the pulse frequency at 400 Hz, 450 Hz and 500 Hz for the HiPIMS and the bias at 0 V, -20 V, -40 V, -60 V, -100 V and -140 V for both processes. It was obtained films with high hardness, less roughness for HiPIMS, however DCMS presented a higher rate of deposition. The increase of the frequency in the HiPIMS films, as well as the increase of the negative polarization voltage, allowed films with denser and homogeneous morphology. This fact was also observed with the increase of the value in the films deposited by DCMS. The hardness values obtained (17 ± 2 for DCMS and 26 ± 1 for HiPIMS) were higher than those reported in the literature and may be related to the \"multilayer\" effect obtained by substrate oscillation.

Nióbio e suas ligas são utilizados atualmente em muitas aplicações industriais por oferecerem excelente resistência à degradação em diversos meios corrosivos. Estes meios incluem atmosferas gasosas em temperaturas elevadas, como as encontradas em plantas de gaseificação de carvão existentes em usinas termelétricas para geração de energia. As atmosferas encontradas nestes meios são misturas gasosas complexasque contêm, entre outros compostos, oxigênio e enxofre. Os sulfetos são compostos menos estáveis, possuem pontos de fusão mais baixos e apresentam, freqüentemente, maiores desvios de estequiometria em relação ao óxido correspondente. Apesar de existirem estudos relacionados à aplicação de metais refratários em atmosferas sulfetantes a temperaturas elevadas, o uso de compostos de nióbio ainda não foi devidamente avaliado como revestimento protetor, havendo poucos dados disponíveis na literatura. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito proporcionado por um filme de nióbio, obtido por pulverização catódica,sobre o comportamento de sulfetação isotérmica das ligas Fe-20Cr e Fe-20Cr-1Y.Os testes de sulfetação foram realizados a 500, 600 e 700°C pelo período de 2h em atmosfera H2/2%H2S. A avaliação da resistência à sulfetação foi feita por meio do ganho de massa por unidade de área exposta. Observou-se que o comportamento de sulfetação a 500ºC das ligas FeCr e FeCrY sem e com revestimento é similar. Nesta condição, nenhuma das ligas sofreu escamação. A 700ºC a liga FeCr sofreu leve escamação na forma de um pó fino, enquanto que o produto de reação formado sobre a liga FeCrY escamou na forma de placas. O efeito do nióbio se torna pronunciado a 700ºC. A camada de produto de reação formada sobre as ligas revestidas é mais fina e plástica que na liga sem revestimento. O ganho de massa por unidade de área diminuiu sensivelmente para as ligas recobertas, que não sofreram escamação. / Niobium and niobium based alloys are currently used in many industrial applications because they offer excellent resistance to degradation in various corrosive environments. These media include gaseous atmospheres at high temperatures such as those found in existing coal gasifying plants in power plants for energy generation. These atmospheres are complex gas mixtures that contain sulfur and oxygen, among other compounds. Sulphides are thermodynamically less stable, have lower melting points and often have larger deviations from stoichiometry compared to the corresponding oxides. Although there are studies regarding the use of refractory metals in high temperature sulphidizing atmospheres, the use of niobium compounds has not been adequately evaluated and there is very little studies available in the literature about its use as a protective coating. The aim of this study was to evaluate the effect of a niobium film, deposited by magnetron sputtering on the isothermal sulphidation behavior of Fe-20Cr and Fe-20Cr-1Y alloys. The sulphidation tests were carried out at 500, 600 and 700° C for 2h in H2/2% H2S atmosphere. The sulphidation resistance was determined by mass gain per unit area. The sulphidation behavior of the coated and uncoated alloys was similar at 500ºC, and none of the alloys spalled. At 700ºC FeCr alloy scalled in the form of a fine powder, while the reaction product formed on the alloy FeCrY scalled in the form of plates. The effect of niobium became pronounced at 700°C. The reaction product layer formed on the coated alloy was thinner andmore plastic than that formed on the uncoated alloy. The mass gain per unit area of the coated alloys decreased significantly and they did not scaled.

Neste trabalho, foram produzidos filmes finos de carbono pela técnica de magnetron sputtering usando substratos monocristalinos de alumina com plano-c orientado em (0001) e substratos de Si (111) e Si (100), empregando Co, Ni e Cu como filmes intermediários (buffer-layers). As deposições foram conduzidas em três etapas, sendo primeiramente realizadas com buffer-layers de cobalto em substratos de alumina, onde somente após a produção de grande número de amostras, foram então realizadas as deposições usando buffer-layer de cobre em substratos de Si. Em seguida foram realizadas as deposições com buffer-layers de níquel em substratos de alumina. A cristalinidade dos filmes de carbono foi avaliada por meio da técnica de espectroscopia Raman e complementarmente por difração de raios X (DRX). A caracterização morfológica dos filmes foi feita por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV E FEG-SEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Picos de DRX referentes aos filmes de carbono foram observados apenas nos resultados das amostras com buffer-layers de cobalto e de níquel. A espectroscopia Raman mostrou que os filmes de carbono com maior grau de cristalinidade foram os produzidos com substratos de Si (111) e buffers de Cu, e com substratos de alumina com buffer-layers de Ni e Co, tendo este último uma amostra com o maior grau de cristalinidade de todas as produzidas no trabalho. Foi observado que o cobalto possui menor recobrimento sobre os substratos de alumina quando comparado ao níquel. Foram realizados testes de absorção de íons de Ce pelos filmes de carbono em duas amostras e foi observado que a absorção não ocorreu devido, provavelmente, ao baixo grau de cristalinidade dos filmes de carbono em ambas amostras. / In this work, carbon thin films were produced by the magnetron sputtering technique using single crystal substrates of alumina c-plane (0001) and Si (111) and Si (100) substrates, employing Co, Ni and Cu as intermediate films (buffer-layers). The depositions were conducted in three stages, first with cobalt buffer-layers where only after the production of a large number of samples, the depositions using cooper buffer-layers were carried out on Si substrates. Then, depositions were performed with nickel buffer-layers using single-crystal alumina substrates. The crystallinity of the carbon films was evaluated by using the technique of Raman spectroscopy and, complementarily, by X-ray diffraction (XRD). The morphological characterization of the films was performed by scanning electron microscopy (SEM and FEG-SEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The XRD peaks related to the carbon films were observed only in the results of the samples with cobalt and nickel buffer-layers. The Raman spectroscopy showed that the carbon films with the best degree of crystallinity were the ones produced with Si (111) substrates, for the Cu buffers, and sapphire substrates for the Ni and Co buffers, where the latter resulted in a sample with the best crystallinity of all the ones produced in this work. It was observed that the cobalt has low recovering over the alumina substrates when compared to the nickel. Sorption tests of Ce ions by the carbon films were conducted in two samples and it was observed that the sorption did not occur probably because of the low crystallinity of the carbon films in both samples.