O processo comumente mais utilizado para o endurecimento de superfície de aços é o tratamento térmico. Usando tratamentos térmicos convencionais, camadas endurecidas foram formadas em aço SAE 1020 e SAE 8620 pela difusão de carbono em sua superfície. A determinação da espessura endurecida em aços tradicionalmente é feita por técnicas destrutivas. Este trabalho tem como principal objetivo determinar estas espessuras de camadas endurecidas por medidas magnéticas e medições de ruído de Barkhausen (método não destrutivo). No entanto, a fim de comparação, as espessuras das camadas foram medidas por técnicas tradicionais destrutivas. Medições de ruído Barkhausen e dos laços de histerese foram feitas e, tanto o envelope RMS do pulsos de Barkhausen e transformadas rápidas de Fourier (FFT) foram obtidas a partir de cálculos numéricos. As áreas dos pulsos Barkhausen possibilitam a construção de uma curva de calibração para determinar a espessura da camada dura. A amplitude da FFT foi obtida como uma função da frequência, e foi associada com a distância a partir da superfície para cada amostra por meio da equação clássica de distância de penetração de ondas eletromagnéticas. Finalmente, um índice de potência normalizada (IPN) foi obtido e utilizado para relacionar com as espessuras endurecidas na superfície das amostras. O IPN é discutido em relação à microestrutura da camada endurecida e, neste trabalho ao núcleo de amostra. Várias amostras foram tratadas em temperaturas de nitrogênio líquido para transformar austenita retida em martensita. As medidas das propriedades magnéticas obtidas mostraram-se consistentes com o teor de aumento da microestrutura martensítica. / Universidade de Caxias do Sul / The process most commonly used for surface hardening of steels is annealing. Using conventional thermal treatments, hardened layers were formed on SAE 1020 and SAE 8620 steel by diffusion of carbon into the surface. The determination of the thickness of the hardened layer in steels is traditionally done by destructive techniques. This work has as main objective a determination of the thicknesses of the hardened layers by magnetic measurements, measurements of Barkhausen noise, which is a non-destructive method. However, for comparison the thicknesses of the layers were measured by traditional destructive techniques. Barkhausen noise and hysteresis loops were measured and both the RMS Barkhausen pulse envelope and the fast Fourier transform (FFT) were obtained from numerical calculations. The areas under the Barkhausen pulses may be used for the construction of a calibration curve to determine a case depth of the hard layer. The amplitude of the FFT was obtained as a function of frequency, and has been associated with distance from the surface for each sample using the classical equation for the penetration distance of electromagnetic waves in a metal. Finally a normalized power ratio (IPN) was obtained and used for correlatation with the thickness of the surface layer of hardened samples. The IPN is discussed in this paper in relation to the microstructure of the hardened layer and the core sample. Several samples were treated at temperatures of liquid nitrogen to transform retained austenite into martensite. Measurements of magnetic properties were consistent with an increase in the martensite content of the microstructure.

Revestimentos duros são altamente utilizados na engenharia de superfície de componentes mecânicos devido à proteção contra o desgaste e à redução do coeficiente de atrito. Atualmente, as técnicas de usinagem a seco estão exigindo novos materiais com propriedades mecânicas e tribológicas inteligentes visando reduções de custos e de impacto ambiental. No entanto, o excelente desempenho dos revestimentos de nitreto de silício em termos de sua resistência ao desgaste e à oxidação nas ferramentas de cortes não foram totalmente entendidas. Neste trabalho, filmes finos de nitreto de silício foram depositados em substrato de Si (001) por magnetron sputtering reativo através de uma fonte de rádio frequência. A fim de simular as condições de oxidação de uma ferramenta de corte em usinagem a seco, as amostras foram submetidas ao tratamento termo-oxidativo em atmosfera de oxigênio em temperaturas de 500ºC e 1000ºC. Posteriormente, os filmes foram caracterizados por perfilometria elementar por reação nuclear ressonante visando quantificar o conteúdo de oxigênio, ensaios de nanoindentação e nanoscratch com deslizamento unidirecional visando medidas de dureza e de atrito. Após os tratamentos termo-oxidativo uma fina camada parcialmente oxidada de até 6 nm de espessura foi obtida em temperatura de 1000º C e 4 horas de tratamento termo-oxidativo. A presença desta camada parcialmente oxidada permite obter um coeficiente de atrito ultra-baixo, ao mesmo tempo em que a dureza mantem-se constante em altas temperaturas, explicando a elevada resistência ao desgaste dos revestimentos duros baseados em Si3N4. Finalmente, os resultados são discutidos usando um modelo químico-cristalino, o qual relaciona o potencial iônico e o coeficiente de atrito de vários sistemas de óxidos, permitindo expandir a sua aplicabilidade a sistemas de nitretos. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Hard coatings are widely used in surface engineering of mechanical components due to their high wear resistance and reduced friction coefficients. Actually, the dry cutting techniques are demanding new materials with smart mechanical and tribological properties allowing saving cost and minimum environmental impact. However, the excellent behavior of silicon nitride coatings in terms of wear and oxidation resistance in cutting tools are not well understood. In this work, silicon nitride thin films were deposited on silicon (001) by reactive magnetron sputtering by using a radio-frequency power supply. In order to simulate an oxidative environment in cutting tool at dry machining conditions, samples were submitted to oxidative annealing in oxygen atmosphere at temperatures of 500oC and 1000oC. A posteriori, the thin films were characterized by resonant nuclear reaction elementar profilometry looking for oxygen quantification in-depth and nanoindentation and nanoscratch with unidirectional sliding tests looking for harness and friction measurements. After oxidative annealing treatments, a thin film partially oxidized layer with approximately 6 nm (T=1000oC) in-depth was formed in four times of oxidative annealing. Such partial oxidized layer allows to obtain a ultra-low friction coefficient whereas the initial hardness is maintained even at high temperatures and long times of oxidative annealing. Finally, the results were discussed from the point of view of the crystal chemical approach, where the ionic potential and the friction coefficient of various oxides are correlated, leading to expand the model to nitride systems.

Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-01T15:15:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gelamo_RogerioValentim_M.pdf: 2883516 bytes, checksum: 037fad0f84f261ef470c369f53390af6 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo:Neste trabalho, heteroestruturas semicondutoras com camadas finas de espessura variável de GaxIn1-xP, crescidas sobre substratos de GaAs(001) através da técnica de Epitaxia por Feixe Químico (CBE), foram analisadas por curvas de rocking e difração múltipla de raios-X. Através das curvas de rocking em sistemas de duplo-cristal e também triplo-eixo, foi possível determinar a estrutura analisada com as composições, os parâmetros de rede perpendiculares e as espessuras das camadas que compõem cada uma das amostras. Camadas buffer de GaAs tensionadas e a presença de camadas interfaciais finas (13 a 20 Þ ) de GaAsyP1-y entre as camadas GaxIn1-xP e buffer, foram obtidas das simulações das curvas de rocking, realizadas com programa baseado na teoria dinâmica de raios-X, fornecendo assim, os melhores ajustes para as curvas experimentais. A técnica de difração múltipla de raios-X mostrou-se de extrema utilidade neste trabalho, pois as varreduras Renninger, em torno dos picos BSD, caso especial da difração múltipla em que o feixe secundário se propaga paralelamente à superfície da amostra, mostraram sensibilidade suficiente para a detecção dos picos híbridos que correspondem as contribuições de diferentes redes em uma única varredura. O ajuste desses picos com o programa baseado na difração múltipla[19] , permitiu a determinação dos parâmetros de rede paralelos às interfaces e a largura mosaico das camadas GaxIn1-xP, e de camadas interfaciais de GaAsyP1-y, que já haviam sido detectadas por curvas de rocking. Foram ainda obtidas topografias de superfície em todas as amostras, através de microscopia de força atômica, e o comportamento das curvas rugosidade média versus espessura foi relacionado à tensão na rede, provavelmente causada pela deformação tetragonal da rede cristalina das camadas de GaxIn1-xP / Abstract: In this work, semiconductor heterostructures with thin GaxIn1-xP layers of different thicknesses, grown on top of GaAs(001) substrates by the technique of Chemical Beam Epitaxy (CBE); were analyzed through rocking curves and x-ray multiple diffraction. From the rocking curves obtained in a double-crystal and also triple-axes systems it was possible to determine the analyzed structure together with the compositions, the perpendicular lattice parameters and, the thicknesses of the layers in each sample. GaAs strained buffer layers as well as the occurrence of thin epitaxial GaAsyP1-y (13 to 20 Þ ) surface layers between the GaxIn1-xP epilayers and the buffer were obtained from the rocking curve simulations with the x-ray dynamical theory program, giving rise to the best match for the experimental curves. The x-ray multiple diffraction technique has bee of great utility in this work since the Renninger scan portions with the BSD peaks, special MD cases in which the secondary beam is propagated parallel to the sample surface, have provided enough sensitivity to detect the hybrids peaks. These peaks correspond to contributions of the different lattices (substrate or layer) in the same Renninger scan. The adjustment of these peaks with the program[19] based on the MD phenomenon has provided to obtain the lattice parameters (substrate and layer) parallel to the interface and the mosaic spread of the GaxIn1-xP layers and of the GaAsyP1-y thin interafce layers, that have already been detected by the rocking curves. Surface topography of all samples were also obtained by atomic force microscopy and it was possible to relate the behavior of the average roughness curves as a function of the layer thickness to the lattice strain, probably caused by the tetragonal distortion of the GaxIn1-xP layer crystalline lattices / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientadores : Antonio Celso Fonseca de Arruda, Waldyr Parolari Novello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T20:46:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ValdesSerra_JuanCarlos_D.pdf: 25068209 bytes, checksum: caa7c445827fdde20ccef687862da317 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: As cirurgias cardiopulmonares são freqüentemente associadas a procedimentos de circulação extracorpórea (CEC), os quais necessitam de conectores, tubos, reservatórios, etc. O contato entre o sangue e superfícies artificiais na CEC provoca alterações adversas como, por exemplo, a adesão e destruição de glóbulos vermelhos, a adesão e agregação plaquetária e a ativação da coagulação sanguínea. Este trabalho compreende o desenvolvimento e caracterização de revestimentos superficiais não trombogênicos para utilização na superfície interna de tubos de poli(cloreto de vinila) (pVC), muito utilizados em procedimentos de circulação extracorpórea. Foram avaliados: tubos não revestidos, tubos revestidos com heparina-cloreto de benzalcônio e tubos revestidos com plasma de baixa energia (GlowDischarge). Os métodos para caracterização foram: microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), determinação da rugosidade superficial, medidas de ângulo de contato, espectroscopia de infravermelho com reflexão interna múltipla (MIR) e avaliação do envelhecimento no revestimento. Também foi analisado o comportamento da hemocompatibilidade através da determinação de alguns parâmetros da coagulação: tempo de protrombina (TP), tempo de tromboplastina parcial ativada (TTPA), tempo de trombina (TI), fibrinogênio e número de plaquetas. As análises por MO mostram ranhuras no material, o que é atribuído ao processo de fabricação dos tubos (extrusão), observando-se que para aumentos analisados não existe diferença entre os substratos revestidos e não revestidos. Já nos resultados via MEV com aumentos maiores, observa-se os revestimentos com topografias superficiais diferentes em comparação ao substrato, dependendo do método de revestimento. Foi determinada a espessura do revestimento com heparina, apresentando uma distribuição homogênea oscilando por volta de 1 Ilm. O ensaio de rugosidade superficial para substratos não revestidos mostra, que o calibre mais rugoso foi o de 1/2" ( 12,7 mm), sendo o mais trombogênico. O ângulo de contato mostra que o componente polar para todos os revestimentos é menor que o componente dispersivo de energia superficial, demonstrando características de materiais hidrofóbicos em todos os revestimentos superficiais obtidos. No teste de infravermelho, conclui-se que as modificações causadas pelos revestimentos são muito superficiais, permitindo que a radiação fosse absorvida pelo substrato de PVC, demonstrando que o teste não é o adequado para avaliar estas modificações superficiais. O comportamento dos revestimentos quanto à hemocompatibilidade demonstrou que tubos revestidos com heparlna-cloreto de benzalcônio retardam os parâmetros da coagulação. Para revestimentos com plasma destaca-se o revestimento com SF6, que não provoca mudanças significativas nos parâmetros medidos, mantendo valores muitos parecidos com a amostra inicial, para um tempo de exposição in vitro de 2,5 horas / Abstract: Cardiopulmonary surgeries are frequently associated to procedures of extracorporal circulation (ECC), which need connectors, tubes, reservoirs, etc. Contact between the artificial blood and surfaces in the ECC improve adverse alterations such as, for example, red globule adhesion and destruction, adhesion and aggregation platelet and the activation of blood coagulation. This work is based on the development and characterization of non-thrombogenic superficial coating for use in the internal surface of poly(vinyl chloride) (PVC) tubes, many used in extracorporeal circulation procedures. The following were evaluated: non-coated tubes, heparin- benzalkonium chloride coated tubes and plasma (Glow Discharge) coated tubes. The methods for characterization were: optic microscopy (OM), scanning electronic microscopy (SEM), determination of superficial roughness, measurement of contact angle, infra-red ray spectroscopy (IRM) and aging evaluation the coating. Also the behavior of the hemocompatibilidade through the determination of some coagulation parameters was analyzed: time of prothrombin (TP), time of activated partial thromboplastin (TAPT), trombin time (TI), fibrin and number of platelets. The OM analyses show grooves in the material, which is attributed 10 the manufacture process of the tubes (route), observing that for analyzed increases there is no difference between coated and non-coated substrate. Coating with different superficial topography in relation to the substratum, depending on the coating method, were observed in the results with higher SEM increases observes. The thickness of the coating with heparin was determined, presenting a homogeneous distribution oscillating around 1 _m. The assay of superficial roughness for the non-coated substrate sample, that the bore roughest caliber was W', (12.7 mm), which was the most thrombogenic. The contact angle showed that the polar component for alI treatment was less than the dispersive component of superficial energy, demonstrating hydrophobic materials characteristics in all the superficial treatment obtained. In the infra-red ray test it was concluded that the modifications caused by the coatings were very superficial, allowing the radiation 10 be absorbed by the PVC substratum, which demonstrated that the test is not adequate for these superficial modifications. The behavior of coatings in term of hemocompatibility demonstrated that tubes coated with heparin- benzalkonium chloride delay the coagulation parameters. For coatings with plasma, the coating with SF6 stands out, as it does not provoke significant changes in the measured parameters, maintaining many values similar 10 the initial sample, for a display time in vitro of2.5 hours / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Julio Ricardo Sambrano / Banca: Valmor Roberto Mastelaro / Banca: Ricardo Paupitz Barbosa dos Santos / Banca: Aguinaldo Robinson de Souza / Resumo: A modelagem e simulação computacional tem se mostrado como uma ferramenta extremamente útil na pesquisa de novos materiais, pois além de auxiliar e confirmar resultados experimentais, também pode prever e propor novas estruturas. Entre os materiais mais estudados atualmente, podemos destacar o grafeno, que detém ótimas propriedades eletrônicas e mecânicas, com o crescimento do interesse em materiais bidimensionais, foi comprovada a existência de análogos inorgânicos ao grafeno, como por exemplo, o nitreto de boro hexagonal (g-hBN), siliceno(g-Si) e óxido de zinco(g-ZnO); esse leque de estruturas diferentes abriram diversas possibilidades de aplicações, que abrangem desde o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos até a biomedicina. A criação de defeitos estruturais (poros) na estrutura pode auxiliar na modulação das propriedades eletrônicas de certos materiais, as quais podem ter formas organizadas e periódicas. Deste modo, esta tese teve como objetivo a modelagem e simulação computacional de superfícies e nanotubos porosos de carbono, nitreto de boro, silício e óxido de zinco, sendo os três últimos propostos pela primeira vez na literatura, aplicando técnicas de modelagem computacional a estruturas cristalinas, tais como a escolha das funções de base e funcionais, otimização da estrutura e de suas propriedades estruturais, eletrônicas, mecânicas e vibracionais. Estas simulações foram executadas aplicando-se a Teoria do Funcional da Densidade combinadas com o funcional híb... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Computational simulations and modeling has been shown to be an extremely useful tool in the research of new materials, since in addition to helping and confirming experimental results, it can also predict and propose new structures. Among the most studied materials today, graphene can be highlighted, which has excellent electronic and mechanical properties, with the growing interest in two-dimensional materials, it has proven the existence of inorganic analogues to the graphene, as for example, the hexagonal boron nitride (g-hBN), silicene (g-Si) and zinc oxide (g-ZnO); this range of structures have opened several possibilities of applications, ranging from the development of electronic devices to biomedicine. The creation of structural defects (pore) in the structure can help to modulate the electronic properties of certain materials, which can have organized and periodic forms. The aim of this thesis was the computational simulation and modeling of porous surfaces and nanotubes of carbon, boron nitride, silicon and zinc oxide, being the last three proposed for the first time in the literature, applying computational modeling techniques to crystalline structures, such as the choice of basis set and functional, optimization of the structure and its structural, electronic, mechanic and vibrational properties. These simulations were performed by applying the Density Functional Theory combined with the B3LYP hybrid function and all-electron basis set functions. Initially we des... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Antonio Jorge Abdalla / Coorientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Marcelino Pereira do Nascimento / Banca: Humberto Lopes Rodrigues / Banca: Rafael Humerto Mota de Siqueira / Banca: Cristina de Carvalho Ares Elisei / Resumo: O aço 300M surgiu como uma melhoria do aço de alta resistência SAE 4340, este foi desenvolvido para adquirir melhor tenacidade e soldabilidade em aplicações que exigem melhores propriedades mecânicas, foram feitas pequenas alterações nos elementos de liga como a adição de vanádio e elevação no teor de silício. Este trabalho realizou tratamentos de superfície de nitretação a Plasma e de carbonetação a Laser na superfície de um aço 300M com estrutura bainítica. A microestrutura bainítica foi obtida por resfriamento isotérmico na temperatura de 300°C durante 60 minutos, a partir da região de austenitização, elevando a dureza de 380 para 474 HV. O tratamento de superfície de carbonetação, utilizando um laser de CO2 de baixa potência (125 W) utilizou como revestimento negro de fumo, com objetivo de adicionar carbono e criar uma camada protetora. O tratamento de superfície por nitretação a plasma ocorreu na temperatura de 500ºC durante 3 horas, em uma atmosfera com mistura de gases N2 e H2. As amostras foram caracterizadas por microscopia óptica. Foram analisadas as espessuras da camada de compostos formada na superfície, em torno de 20 μm, e da zona termicamente afetada pelo calor (ZTA), em torno de 45 μm, para tratamento a laser. Pelo tratamento de nitretação, a camada formada na superfície do aço, apresentou uma região branca com aproximadamente 3 μm e uma camada de difusão atômica endurecida com cerca de 20 μm. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de tr... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 300M steel was developed from high-strength steel SAE 4340, the goal of this improvement was get better toughness and weldability in applications requiring improved mechanical properties; with small changes in alloy elements, addition of vanadium and especially the silicon content. This work uses low-power laser CO2 (125 W) for introducing carbon into the surface of 300M steel with bainitic structure. The bainitic microstructure was obtained by isothermal cooling at 300 °C for 60 minutes after austenitizing at 850 ºC for 30 minutes; this heat treatment increased the hardness of 360 HV for 474 HV. The CO2 laser parameters as resolution and power were kept constant and the speed is varied. It was used as carbon black coating to better the absorption of light laser. Treatment plasma nitriding surface was at a temperature of 500° C for 3 hours in atmosphere having a gas mixture N2 e H2. The samples were characterized by optical microscopy. They were analyzed thicknesses of the layers formed on the surface around 20 µm, and the heat affected zone (HAZ) about 45 µm, for laser treatment. To nitriding treatment, the layer formed on the surface of the steel showed a white area of approximately 3 µm and 20 µm near HAZ. The mechanical properties were analyzed using tensile and fatigue tests. The results showed that the mechanical properties in tensile tests was strongly affected by the bainitic microstructure. The steel that received the nitriding surface plasma treatment showed better fatigue behavior / Doutor

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2009 / Bibliografia: f. 78-81 / A utilização de tratamentos térmicos em ligas ferrosas tem por função a modificação da microestrutura do material, a fim de promover propriedades adequadas as solicitações funcionais especificas de uma determinada peça. A tempera de solidos por resfriamen / The use of heat treatments in ferrous alloys has the task of modifying the microstructure of the material in order to promote adequate properties to functional requirements of a specific part. The hardening by cooling of solids in fluids, altering the mic

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. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-11-24T12:45:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Leticia Milschi.pdf: 2958893 bytes, checksum: 2fad45a346a7eb4de6b05f652ec50dfb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-24T12:45:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Leticia Milschi.pdf: 2958893 bytes, checksum: 2fad45a346a7eb4de6b05f652ec50dfb (MD5) Previous issue date: 2016-11-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / 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 modificação superficial de materiais poliméricos tem levado a importantes avanços para a geração de novas aplicações industriais, além de permitir a substituição de polímeros de engenharia por materiais de custo menos elevado. Neste sentido, foi conduzida no presente trabalho a modificação superficial dos compostos PVC-DOA e PVC-DEHP por tratamento por plasma de N2O2, a fim de melhorar a adesão de uma camada metálica de alumínio, depositada por evaporação térmica resistiva, para aplicação em componentes da indústria calçadista [1]. O composto PVC-DOA apresentou maior perda de massa (1,07% p.) do que o composto PVC-DEHP (0,30% p.), além disso, após teste de envelhecimento UV-Vis, em ambos os sistemas metalizados, o sistema PVC-DOA teve a sua superfície alterada, apresentando perda do brilho metálico, tornando-se fosca. Por microscopia ótica percebe-se a alteração da topografia com o aumento da rugosidade. Baseado nestes resultados, somente para o composto PVC-DEHP foram avaliados diferentes de tempos de tratamento por plasma. Análises por ATR-FTIR não revelaram alterações químicas significativas na superfície do composto, além da indicação da presença de hidroxilas (3200-3500 cm-1) e alterações na região das carbonilas (1720 cm-1), após a exposição ao plasma. Por outro lado, análises por AFM revelaram que a rugosidade da superfície é aumentada, apresentando-se constante (46,59 ± 9,51 nm) acima de 240 segundos de tratamento. Efeito similar observado em medidas de ângulo de contato com água, que após uma redução em 36% em seu valor, mantém-se constante (39° ± 4º) para tratamentos com tempos acima de 240 segundos, apresentando-se mais hidrofílica [2]. Micrografias obtidas por MEV da superfície tratada não revelaram mudanças significativas na textura superficial das amostras em função do tempo de tratamento, mantendo o mesmo padrão de ondulações do material original. Alterações químicas não foram observadas por titulação do grupo –NCO, uma vez que, não houve diferença significativa no consumo de NCO tanto para as amostras com e sem tratamento. Tais resultados indicam que o tratamento por plasma produziu modificações químicas e físicas na superfície da amostra, como observado pelo aumento da rugosidade, resultando no aumento da molhabilidade do material tratado. Testes de adesão realizados sobre a camada metalizada, de acordo com a norma ASTM D 3359-09, indicam que o tempo de tratamento por plasma de 240 segundos foi o mínimo necessário para atingir uma adesão suficiente para este sistema, apresentando uma área de material removido inferior a 5%. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-07-18T14:18:56Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Eduardo Radaelli Pasqual.pdf: 4111081 bytes, checksum: f7160593e2f788ae8f43842857a78646 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T14:18:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Eduardo Radaelli Pasqual.pdf: 4111081 bytes, checksum: f7160593e2f788ae8f43842857a78646 (MD5) Previous issue date: 2017-07-06 / The surface modification of polymeric materials has led to significant design advances of new industrial applications, besides allowing the replacement of engineering polymers by lower cost materials. Thus, in the present work, were performed the surface modification of PVC-DOA and PVC-DEHP compounds by N2O2 plasma treatment in order to improve the adhesion of a metallic aluminum layer, deposited by resistive thermal evaporation, for applications in components for the footwear industry [1]. The PVC-DOA compound presented higher weight loss (1.07% wt.) than the PVC-DEHP compound (0.30% wt.), in addition, after the UV-Vis test in both metallized systems, the PVC-DOA compound had its surface modified, showing a loss of metallic luster becoming it matte. The analysis by optical microscopy reveals a topographical modification in the metallic layer presenting an increase surface roughness. Based on these results, only for the PVC-DEHP compound different plasma treatment times were performed. ATR-FTIR analysis revealed no significant chemical changes in the surface of the PVC-DEHP compound, besides the presence of hydroxyl (3200-3500 cm-1) and changes in the carbonyl region (1720 cm-1) after exposure to plasma treatment. On the other hand, analyzes by AFM revealed that the surface roughness of the PVC-DEHP is increased, being constant (46.59 ± 9.51 nm) after 240 seconds of plasma treatment. Similar effect is observed in water contact angle measurements, which after a 36% reduction in its value, its remains constant (39° ± 4°) for plasma treatments with times greater than 240 seconds, doing the surface more hydrophilic [2]. SEM micrographs of the treated surface revealed no significant changes in the surface texture of the samples as a function of the plasma treatment time, maintaining the same waviness pattern of the original material. Chemical changes were not observed by titration of the -NCO group, since there was no significant difference in NCO consumption for both the untreated and plasma treated samples. These results indicate that the N2O2 plasma treatment produced chemical and physical changes on the surface of the PVC-DEHP compound, as observed by increasing the surface roughness, resulting in increased wettability of the treated material. Adhesion tests performed on the metallized layer according to ASTM D 3359-09 indicate that the 240-second of plasma treatment time was the minimum required to achieve sufficient adhesion for this system, presenting a material area removed less than 5%.

CNPq; CAPES / A limpeza a plasma é uma tecnologia promissora para a preparação de superfícies que receberão tratamentos, pois possui a habilidade de reduzir a quantidade de resíduos orgânicos em uma superfície através da combinação de agentes físicos e químicos. Apesar do interesse tecnológico, seu uso é ainda limitado, pois seus mecanismos ainda não são bem compreendidos. Tal dificuldade se deve à grande variedade química de contaminantes orgânicos, e a complexidade destes, que via de regra são compostos, e não substâncias simples. Esse trabalho busca investigar o efeito das variáveis de processo como potência aplicada, pressão, fluxo de gás e temperatura da amostra, sobre a capacidade do sistema em gerar degradação de uma molécula orgânica. Para acompanhamento da evolução físico-química das amostras tratadas, foi utilizado como contaminante modelo o ácido esteárico (C18H36O2), que é constituído por uma cadeia carbônica linear, com 18 carbonos, contendo em uma das extremidades uma função ácido carboxílico. O estudo experimental foi realizado utilizando uma descarga gerada por fonte de radiofrequência de 13,56 MHz indutivamente acoplada, com misturas gasosas de Ar e Ar-10%O2 e com a amostra imersa na descarga. A taxa de variação de massa foi utilizada como uma caracterização direta do processo de degradação e análises de espectroscopia do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e de ressonância magnética nuclear (RMN) foram realizadas para investigar modificações moleculares residuais. Foi possível obter redução de massa da amostra quando esta é exposta ao plasma para todas as condições de tratamento em que a amostra permaneceu sólida durante a exposição ao plasma. As caracterizações realizadas mostraram que é possível obter uma taxa de gravura elevada, principalmente na exposição ao plasma de Ar-10%O2 e desde que a amostra permaneça em estado sólido durante o tratamento, nenhuma modificação estrutural foi observada. / Plasma cleaning is a promising technology in surface treatments, with the ability to reduce the amount of organic residues in a surface throught chemical and physical interactions. Despite technological interest, its use is limited because its mechanisms still are not entirely understood. Such difficulties are related to the large chemical variety of existent organic contaminants and the use of compounds instead of single molecules. This work aims to evaluate how the applied power of plasma affects its capabilities to degrade an organic molecule. To follow the physic-chemical evolution of treated samples, a chemical model was used, known as stearic acid (C18H36O2), that is a linear chain of 18 carbons with a acid function on a extremity. The experimental study was made by using an inductively coupled RF discharge at 13,56 MHz, with Ar and Ar-10%O2 gas mixtures, being the sample immerse in the discharge. Sample temperature control was made with a water cooling system and introducing steps of plasma on and off during the experiment. Mass variation rate was used as a direct characterization of degradation process. Fourier transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) and Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) were performed to search for residual molecular modifications. In all experimental conditions was possible to attain mass reduction from the sample when exposed to plasma if the sample was kept in the solid state. The material characterization shows the possibility of attain a high etch rate, where no structural modifications are detected.