Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE DEPOSIÇÃO NO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE FILMES FINOS DE TiN
FELIPE CARNEIRO DA SILVA
DISSERTAÇÃO
18/03/2014

Este trabalho dedica-se ao estudo da influência das condições de deposição de filmes finos de nitreto de titânio (TiN), observando o comportamento mecânico quando solicitados em um ensaio de tração. Os filmes foram depositados utilizando a técnica de deposição física a vapor (PVD) Triodo Magnetron Sputtering (TMS) em substratos de Al. Através dos resultados dos ensaios mecânicos, estimou-se o espaçamento máximo entre trincas a partir do valor de saturação das mesmas, para cada condição de síntese. Duas condições principais de síntese para obtenção dos filmes foram a variação da tensão (bias) de polarização em -50, -100 e -150 V no substrato e o tempo de deposição em 30, 60, 90 e 120 min, obtendo assim diferentes tensões 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 gás nitrogênio e foram utilizados substratos de alumínio comercial com 1 e 3 mm de espessura. Tanto os filmes quanto os substratos foram caracterizados pela técnica do Ensaio de Tração, Difração de raios-X, Microscopia ótica, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva. Calculou-se o espaçamento de saturação de trincas utilizando o método proposto por Jeong, comparando esse espaçamento entre as diferentes condições de deposição e espessura dos filmes. A partir do método de sen2ψ (SSPP), que utiliza os resultados de difração de raios-X obtidos em Ângulos rasantes fixos (configuração Seeman-Bohlin), calculou-se a tensão residual do filme após a síntese com o intuito de estimar a tensão cisalhante interfacial pelo modelo proposto por Chou. Como resultado, os filmes com maior espessura tiveram um espaçamento de saturação das trincas maior quando comparados com os filmes de menor espessura. Os filmes depositados com a tensão de polarização negativa menor (-50V) também tiveram um espaçamento de saturação maior quando comparados com os filmes depositados com tensão de polarização negativa mais elevado (-100 e -150V). Tensões de polarização tendem a gerar altas tensões residuais compressivas no filme, o que podem levar ao destacamento do mesmo na interface. Tensões de cisalhamento interfacial também estão diretamente relacionadas com tensões residuais compressivas. Filmes com uma maior espessura podem ter uma menor tensão compressiva, mas ao mesmo tempo correm o risco de sofrerem destacamento do substrato. Assim, a escolha da amostra que obteve a melhor adesão foi aquela que ao mesmo tempo não destacou e teve um alto valor de λ Sat.

Ensaio de tração. Comportamento mecânico. Filmes finos; TIN
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 (λ 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 sen2ψ (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 λSat.
Tensile Test; Fracture Mechanisms; Thin Films; TiN.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
MATERIAIS FUNCIONAIS
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Banca Examinadora

ALEXANDRE JOSE DE CASTRO LANFREDI
Sim
Nome Categoria
HUMBERTO NAOYUKI YOSHIMURA Docente
ROBERTO MARTINS DE SOUZA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 24

Vínculo

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Não