Made available in DSpace on 2014-10-09T12:37:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 05586.pdf: 7089535 bytes, checksum: 4459c81f8f267c76f9328265ae1fc952 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A nanociência emergiu nos últimos anos como uma das áreas mais importantes para os futuros desenvolvimentos tecnológicos, especialmente na área de dispositivos eletrônicos. A nanotecnologia tem um caráter primordialmente interdisciplinar, que engloba conhecimentos de física, química, engenharias e biologia. Essa tecnologia está sendo usada da fabricação de microprocessadores, bombas dosadoras de fármacos e revestimentos em materiais, entre outras aplicações. Revestimentos nanocristalinos vêm sendo obtidos por meio da técnica MOCVD (deposição química de organometálicos em fase vapor), e tem proporcionado a obtenção de filmes de melhor qualidade que os obtidos por CVD convencional ou por métodos físicos. Além disso, a técnica MOCVD apresenta-se como uma alternativa competitiva porque é relativamente barata e mais fácil de ser implantada, em relação aos métodos de deposição física. Neste trabalho foram obtidos revestimentos compostos por multicamadas de TiO2/TiN. Durante o experimento, a abertura e o fechamento das válvulas de admissão dos gases exige do operador habilidade manual para acionar a válvula e controlar o tempo de deposição, o que gera possibilidade de erros, implicando diretamente na espessura de cada camada. Assim, a necessidade de diminuir a influência do operador e poder utilizar intervalos de tempo menores que um minuto para os crescimentos, gerou a oportunidade de criar um programa de computador para gerenciar todo o sistema. Tal programa foi desenvolvido utilizando-se o conceito de Máquina de Estados para o controle de processo e simulação Hardware in the loop. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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A nitretação da liga NbTi 50% em peso de Ti, foi examinada em uma atmosfera de nitrogênio, na faixa de temperatura 800-1000&#176C, utilizando-se a técnica de difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e metalografia. Foi observada a formação de duas camadas contínuas de nitretos sobre a matriz: fase-&#948 (TiN) mais externa e a fase-&#958(Ti2N) mais interna. As duas camadas cresceram continuamente durante a reação, sendo que, a frente de saturação da matriz, pelo nitrogênio, cresceu mais rapidamente do que a frente de saturação do TiN. Foi proposto um método, utilizando-se dados de difratometria de raios-X, para se estudar o crescimento de camadas, sobre metais e ligas, formadas durante a reação com gases. A aplicação deste método permitiu fazer uma avaliação da cinética de crescimento da camada de TiN sobre a camada de Ti2N. A energia de ativação para o crescimento do TiN foi de 19 Kcal/mol, obtida a partir da lei temporal linear, e indicou um mecanismo não controlado pela difusão do nitrogênio através da camada de TiN. Os resultados obtidos indicam que o nitrogênio difunde através de túneis, ricos em Nb, onde sua difusão é mais rápida do que através do TiN. / The NbTi (50% wt. Ti) alloy nitretation under nitrogen atmosphere (p=760mm) at 800-1000&#176C was studied by X-ray diffractometry, TEM and optical metallograpy. During the reaction the two phases (Ti2N &#948 and TiN &#958) growed continuously, the (Ti2N, N2) reaction front growed faster than the (TiN, N2). A method for study the scale growing was proposed using X-ray diffractometry data. By using this method, the growth of TiN scale was analyzed and the activation energy of 19 Kcal/mol was determined using a linear timming Law indicating a mechanism not controlled by diffusion througth TiN layer. The present results suggest that the diffusion through the tight tunnels, rich in Nb, allow a fast transport of nitrogen through the TiN layer.

A nitretação da liga NbTi 50% em peso de Ti, foi examinada em uma atmosfera de nitrogênio, na faixa de temperatura 800-1000&#176C, utilizando-se a técnica de difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e metalografia. Foi observada a formação de duas camadas contínuas de nitretos sobre a matriz: fase-&#948 (TiN) mais externa e a fase-&#958(Ti2N) mais interna. As duas camadas cresceram continuamente durante a reação, sendo que, a frente de saturação da matriz, pelo nitrogênio, cresceu mais rapidamente do que a frente de saturação do TiN. Foi proposto um método, utilizando-se dados de difratometria de raios-X, para se estudar o crescimento de camadas, sobre metais e ligas, formadas durante a reação com gases. A aplicação deste método permitiu fazer uma avaliação da cinética de crescimento da camada de TiN sobre a camada de Ti2N. A energia de ativação para o crescimento do TiN foi de 19 Kcal/mol, obtida a partir da lei temporal linear, e indicou um mecanismo não controlado pela difusão do nitrogênio através da camada de TiN. Os resultados obtidos indicam que o nitrogênio difunde através de túneis, ricos em Nb, onde sua difusão é mais rápida do que através do TiN. / The NbTi (50% wt. Ti) alloy nitretation under nitrogen atmosphere (p=760mm) at 800-1000&#176C was studied by X-ray diffractometry, TEM and optical metallograpy. During the reaction the two phases (Ti2N &#948 and TiN &#958) growed continuously, the (Ti2N, N2) reaction front growed faster than the (TiN, N2). A method for study the scale growing was proposed using X-ray diffractometry data. By using this method, the growth of TiN scale was analyzed and the activation energy of 19 Kcal/mol was determined using a linear timming Law indicating a mechanism not controlled by diffusion througth TiN layer. The present results suggest that the diffusion through the tight tunnels, rich in Nb, allow a fast transport of nitrogen through the TiN layer.

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PVD hard ceramic coatings grown via the combined cathodic arc/unbalance magnetron deposition process were studied using Raman microscopy. Characteristic spectra from binary, multicomponent, multilayered and superlattice coatings were acquired to gain knowledge of the solid-state physics associated with Raman scattering from polycrystalline PVD coatings and to compile a comprehensive spectral database. Defect-induced first order scattering mechanisms were observed which gave rise to two pronounced groups of bands related to the acoustical (150-300cm[-1]) and optical (400-750cm[-1]) parts of the phonon spectrum. Evidence was gathered to support the theory that the optic modes were mainly due to the vibrations of the lighter elements and the acoustic modes due to the vibrations of the heavier elements within the lattice. A study into the deformation and disordering on the Raman spectral bands of PVD coatings was performed. TiAIN and TiZrN coatings were intentionally damaged via scratching methods. These scratches were then analysed by Raman mapping, both across and along, and a detailed spectral interpretation performed. Band broadening occurred which was related to "phonon relaxation mechanisms" as a direct result of the breaking up of coating grains resulting in a larger proportion of grain boundaries per-unit-volume. A direct correlation of the amount of damage with band width was observed. Band shifts were also found to occur which were due to the stresses caused by the scratching process. These shifts were found to be the largest at the edges of scratches. The Raman mapping of "droplets", a defect inherent to PVD deposition processes, found that higher compressive stresses and large amounts of disorder occurred for coating growth onto droplets. Strategies designed to evaluate the ability of Raman microscopy to monitor the extent of real wear on cutting tools were evaluated. The removal of a coating layer and subsequent detection of a base layer proved successful. This was then expanded to real wear situations in which tools were monitored after 3,6,12,64,120 and 130 minutes-in-cut. A PCA chemometrics model able to distinguish between component layers and oxides was developed. Raman microscopy was found to provide structural and compositional information on oxide scales formed on the surfaces of heat-treated coatings. Wear debris, generated as a consequence of sliding wear tests on various coatings, was also found to be primarily oxide products. The comparison of the oxide types within the debris to those formed on the surface of the same coating statically oxidised, facilitated a contact temperature during sliding to be estimated. Raman microscopy, owing to the piezo-spectroscopic effect, is sensitive to stress levels. The application of Raman microscopy for the determination of residual compressive stresses within PVD coatings was evaluated. TiAlN/VN superlattice coatings with engineered stresses ranging -3 to -11.3 GPa were deposited onto SS and HSS substrates. Subsequent Raman measurements found a correlation coefficient of 0.996 between Raman band position and stress (determined via XRD methods). In addition, there was also a similar correlation coefficient observed between hardness and Raman shift (cm-1). The application of mechanical stresses on a TiAlCrN coating via a stress rig was investigated and tensile and compressive shifts were observed.