Decorative TiNxOy Coatings on Polymer Substrates for the Automotive Industry

Abstract

A deposição de revestimentos finos por pulverização em substratos poliméricos é um tópico que ainda não foi estudado na literatura existente. Nesta dissertação de mestrado, dois sistemas de deposição foram abordados em amostras de poliamida e policarbonato, com o objetivo principal de obter a cor dourada (Ti-N) e variação de cor (Ti-N-), ao mesmo tempo em que se mantêm a qualidade das propriedades ópticas e o comportamento tribológico dos filmes.Para o primeiro objetivo, em uma primeira abordagem ao estudo do sistema Ti-N por pulverização em amostras poliméricas, foram empregadas cinco variações de modos de deposição para alcançar o filme semelhante ao dourado. Além da caracterização da cor usando o sistema CIE a*b*, outras caracterizações também foram realizadas para obter o melhor resultado. Isso foi seguido pela caracterização estrutural e pelo teste tribológico pino sobre disco, que se adaptou à aplicação do filme como revestimento decorativo, seguindo a medição da solidez da cor. O processo que utiliza o modo de plasma em flutuação e o processo de deposição em flutuação apresentaram o melhor resultado em termos de propriedades ópticas.Para o segundo objetivo de variação de cor, o sistema abordado foi a deposição de Ti-N-O por pulverização, e foram exploradas quatro variações de espessura do filme para obter a variação de cor. A deposição empregando técnica pulsada com combinação de modos em flutuação produziu as cores verde, roxa e fúcsia a partir das quatro variações de espessura. Observou-se que o revestimento com a menor coeficiente de atrito possui uma determinada espessura. Por fim, os filmes observados apresentaram excelente desempenho no teste de solidez da cor, indicando que os filmes produzidos alcançaram a classificação 5.No geral, esta pesquisa fornece informações valiosas sobre a deposição de revestimentos finos em substratos poliméricos, mostrando abordagens bem-sucedidas para alcançar cores desejadas, ao mesmo tempo em que preservam as propriedades ópticas e o comportamento tribológico dos filmes.

The deposition of thin coatings on polymeric substrates through sputtering is an underexplored area in the existing literature. This master's thesis investigates two deposition systems applied to polyamide and polycarbonate samples with the primary objective of achieving a gold colour (Ti-N) and exploring colour variation (Ti-N-) while maintaining the films' optical properties and tribological behaviour.To achieve the first objective, the Ti-N system was studied using five variations of deposition modes on polymer samples to attain a gold-like film. Other characterizations were performed alongside the colour characterization using the CIE ab system to optimize the results. Structural analysis and tribology pin-on-disk tests were conducted to evaluate the film's applicability as a decorative coating and measure colour fastness. Among the different deposition processes, the floating mode plasma etching and floating mode deposition process exhibited the best results in terms of optical properties.Ti-N-O deposition using sputtering was investigated for the second objective of colour variation. Four film thickness variations were explored to achieve diverse colours. By using a pulsed technique with a combination of floating modes, green, purple, and fuchsia colours was produced. The study also revealed that the film with the lowest coefficient of friction was observed with a specific thickness. Furthermore, the resulting films performed excellently in the colour fastness test, achieving a grade 5 rating.Overall, this research provides valuable insights into the deposition of thin coatings on polymeric substrates, showcasing successful approaches to achieve desired colours while preserving the film's optical properties and tribological behaviour.