Orientador: Prof. Dr. Alexandre Jose de Castro Lanfredi / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. / Este trabalho dedica-se ao estudo da influencia das condicoes de deposicao de
filmes finos de nitreto de titanio (TiN), observando o comportamento mecanico
quando solicitados em um ensaio de tracao. Os filmes foram depositados
utilizando a tecnica de deposicao fisica a vapor (PVD) Triodo Magnetron
Sputtering (TMS) em substratos de Al. Atraves dos resultados dos ensaios
mecanicos, estimou-se o espacamento maximo entre trincas a partir do valor
de saturacao das mesmas, para cada condicao de sintese. Duas condicoes
principais de sintese para obtencao dos filmes foram a variacao da tensao
(bias) de polarizacao em -50, -100 e -150 V no substrato e o tempo de
deposicao em 30, 60, 90 e 120 min, obtendo assim diferentes tensoes
compressivas e espessura de filmes, respectivamente. Os filmes finos foram
obtidos a partir de um alvo de uma liga de Ti6Al4V em atmosfera reagente de
gas nitrogenio e foram utilizados substratos de aluminio comercial com 1 e 3
mm de espessura. Tanto os filmes quanto os substratos foram caracterizados
pela tecnica do Ensaio de Tracao, Difracao de raios-X, Microscopia otica,
Microscopia Eletronica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva.
Calculou-se o espacamento de saturacao de trincas utilizando o metodo
proposto por Jeong, comparando esse espacamento entre as diferentes
condicoes de deposicao e espessura dos filmes. A partir do metodo de sen2¿Õ
(SSPP), que utiliza os resultados de difracao de raios-X obtidos em Angulos
rasantes fixos (configuracao Seeman-Bohlin), calculou-se a tensao residual do
filme apos a sintese com o intuito de estimar a tensao cisalhante interfacial pelo
modelo proposto por Chou. Como resultado, os filmes com maior espessura
tiveram um espacamento de saturacao das trincas maior quando comparados
com os filmes de menor espessura. Os filmes depositados com a tensao de
polarizacao negativa menor (-50V) tambem tiveram um espacamento de
saturacao maior quando comparados com os filmes depositados com tensao
de polarizacao negativa mais elevado (-100 e -150V). Tensoes de polarizacao
tendem a gerar altas tensoes residuais compressivas no filme, o que podem
levar ao destacamento do mesmo na interface. Tensoes de cisalhamento
interfacial tambem estao diretamente relacionadas com tensoes residuais
compressivas. Filmes com uma maior espessura podem ter uma menor tensao
compressiva, mas ao mesmo tempo correm o risco de sofrerem destacamento
do substrato. Assim, a escolha da amostra que obteve a melhor adesao foi
aquela que ao mesmo tempo nao destacou e teve um alto valor de ¿É Sat. / This work presents a study of the influence of coating conditions on mechanical
properties of titanium nitride (TiN) thin films, under tensile test. The films were
deposited using a physical vapor deposition (PVD) technique, the Triode
Magnetron Sputtering (TMS), on aluminum substrates. From interrupted
mechanical testing results, the maximum inter-crack spacing of the cracked
coating was obtained in the saturated situation (ë Sat), for each synthesis
conditions applied. Two parameters used on the film deposition were the bias
voltage polarization applied to the substrate (in -50, -100 and -150V) and the
deposition time (30, 60, 90 and 120 min), leading to different compressive
stress and film thickness, respectively. The thin films were obtained from a
Ti6Al4V target in Ar and N2 atmosphere and the substrates were made from
commercial laminated aluminum sheet with 1 and 3 mm thickness. The
substrate and the films deposited were characterized by Tensile Test, x-ray
diffraction, Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Energy
Dispersive Spectrometry. The inter-crack spacing was calculated using the
method proposed by Jeong and the results were compared between the several
deposition conditions utilized and thickness obtained. From sen2ø (SSPP)
method, obtained from x-ray diffraction pattern in grazing configuration
(Seeman-Bohlin), the residual stress of the thin films was calculated and used
to estimate the interfacial shear strength by the model proposed by Chou. As
result, the samples with larger thickness had a saturated inter-crack spacing
greater then thinner films. The deposited films using low negative bias voltage
(-50V) also had a saturated inter-crack spacing greater when compared with the
higher negative bias voltage (-100 and -150V). Higher negative bias voltage
applied to the substrate leads to higher compressive residual stress and can
induce to the detachment of the film. The interfacial shear stress is directly
related with residual compressive stress. Films with higher thickness generally
have lower compressive stresses, but with increase in the risk of detachment.
Finally, the sample with best adhesion was the one that in same time not
presented detachment and had a higher value of ëSat.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:75515 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Silva, Felipe Carneiro da |
| Contributors | Lanfredi, Alexandre José de Castro, Yoshimura, Humberto Naoyuki, Souza, Roberto Martins de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 95 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=75515&midiaext=69217, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=75515&midiaext=69218, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=75515 |
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