Caracterização de revestimentos auto-lubrificantes dos sistemas multicamada TiSiN/TiN(Ag) e TiSiN/VN

Abstract

In this Master's Thesis, the goal was to characterize two types of self-lubricating coatings: i) TiSiN/TiN(Ag) coatings and ii) TiSiN/VN coatings, both produced in multilayer configuration. In the first case, the investigation was focused on the study of the influence of Ag additions on the mechanical properties, structure, morphology, thermal stability and oxidation resistance of the coatings. With this objective, three films with increasing silver concentration (0, 9 and 14 at.%) were produced. In the case of the TiSiN/VN coatings, the objective was to verify the influence of change in the individual TiSiN layer thickness on the mechanical properties, morphology, structure, thermal stability, vanadium diffusion and oxidation resistance of those coatings. The coatings studied in this work were produced by reactive magnetron sputtering (PVD). The results showed that both coating systems presented a multilayer structure with a columnar morphology. The addition of silver to the TiSiN/TiN coatings promoted the densification of their morphology. However, the reduction of TiSiN layer thickness in the multilayer TiSiN/VN system has an opposite effect. The adhesion critical loads, hardness and Young’s modulus of the TiSiN/TiN(Ag) coatings decrease with the increase of the silver content. The same tendency is observed with the increase in the thickness of TiSiN layer in the TiSiN/VN system. Annealing treatment conducted at protective atmosphere increases crystallinity degree of the coatings and consequently their hardness and Young’s modulus values. Under annealing conditions at protective the TiSiN layer in the multilayer configuration allowed the control of the of Ag and V diffusion. The oxidation resistance of the coatings is degraded with the increase of the Ag content in the TiSiN/TiN(Ag) system and with decreased thickness of the TiSiN layer in TiSiN/VN coatings. TiSiN/TiN(Ag) coatings have better oxidation resistance than TiSiN/VN coatings.

Nesta Dissertação de Mestrado, procurou-se caracterizar dois tipos de revestimentos auto-lubrificantes: i) revestimentos do sistema TiSiN/TiN(Ag) e ii) revestimentos do sistema TiSiN/VN, ambos produzidos em multicamada. No primeiro caso a investigação foi focada no estudo da influência da adição de prata nas propriedades mecânicas, estrutura, morfologia, estabilidade térmica e resistência à oxidação dos revestimentos. Com este objetivo foram produzidos três filmes com teores crescentes de prata (0, 9 e 14 at.%). No caso dos revestimentos do sistema TiSiN/VN o objetivo focou-se em averiguar a influência da espessura da camada individual de TiSiN nas propriedades mecânicas, morfologia, estrutura, estabilidade térmica, difusão de vanádio e resistência à oxidação dos revestimentos. Os revestimentos estudados neste trabalho foram produzidos por pulverização catódica (PVD). Os resultados mostraram que ambos os sistemas de revestimentos apresentaram estruturas multicamadas com morfologias colunares. A adição de prata aos revestimentos do sistema TiSiN/TiN promove a densificação da morfologia dos revestimentos, ao passo que, a redução da espessura da camada de TiSiN na multicamada do sistema TiSiN/VN tem um efeito contrário. As cargas críticas de adesão, dureza e modulo de elasticidade dos revestimentos do sistema TiSiN/TiN(Ag) tendem a diminuir com o aumento do teor de prata. O mesmo efeito é observado com a redução da espessura da camada de TiSiN no sistema TiSiN/VN. O recozimento tende a aumentar o grau de cristalinidade dos revestimentos e consequentemente os valores de dureza e módulo de elasticidade. Os recozimentos realizados em atmosfera protetora às amostram mostraram que as camadas de TiSiN permitem controlar a difusão de prata e vanádio. A resistência à oxidação dos revestimentos é reduzida com o aumento do teor de prata no sistema TiSiN/TiN(Ag) e com diminuição da espessura da camada de TiSiN nos revestimentos do tipo TiSiN/VN. Os revestimentos do sistema TiSiN/TiN(Ag) apresentam valores de resistência à oxidação superiores aos revestimentos do sistema TiSiN/VN.