Otimização da deposição de filmes multicamada reativos sobre fios de tungsténio

Abstract

O trabalho de investigação realizado teve por objetivo otimizar o revestimento de fios de tungsténio com filmes multicamada reativos, por forma a promover uma reação autopropagável entre Ni e Al (ou Ti), com a consequente libertação de calor. O objetivo final é utilizar este calor para fundir um material de baixo ponto de fusão, e assim bloquear a propagação de fendas em materiais metálicos.Filmes multicamada Ni/Al e Ni/Ti foram produzidos por pulverização catódica magnetrão, utilizando dois alvos distintos. Como substratos foram utilizados fios de tungsténio com diâmetros de 0,5, 0,2 e 0,05 mm. As deposições foram efetuadas de modo a obter filmes multicamada com composição química global equiatómica e períodos de modulação (espessura da bicamada) nanométricos (25 e 50 nm). De forma a otimizar o revestimento de fios, foi desenvolvido um novo porta substratos. A secção transversal dos filmes foi analisada por microscopia eletrónica de varrimento e transmissão, após deposição e após ignição por descarga elétrica de 9V.A redução das potências aplicadas aos alvos e a utilização do novo porta substratos permitiram evitar/reduzir os defeitos observados nos filmes Ni/Al. Nos filmes Ni/Ti não foram observados defeitos. Ao fazer passar corrente através de um fio de W com 0,05 mm de diâmetro, revestido com um filme Ni/Al com 25 nm de período, foi observado um “flash” e confirmada a ocorrência de uma reação autopropagável. Concluindo, neste estudo foram desenvolvidos fios de W revestidos com filmes multicamada reativos com potencial para aplicação em autorreparação.

The aim of this research work was to optimize the coating of tungsten wires with reactive multilayer thin films in order to promote a self-propagating reaction between Ni and Al (or Ti), with consequent heat release. The ultimate goal is to use this heat to melt a low melting point material, and thus block crack propagation in metallic materials.Ni/Al and Ni/Ti multilayer films were produced by magnetron sputtering using two different targets. Tungsten wires with diameters of 0.5, 0.2 and 0.05 mm were used as substrate material. The depositions were carried out in order to obtain multilayer thin films with equiatomic overall chemical composition and nanometric modulation periods (bilayer thickness, 25 and 50 nm). In order to improve the coating of wires, a new substrate holder has been developed. The cross section of the films was analyzed by scanning and transmission electron microscopy, after deposition and after ignition by an electric discharge of 9V.The reduction of the power applied to each target and the use of the new substrate holder allowed the defects observed in Ni/Al thin films to be avoided/reduced. Ni/Ti thin films showed no defects. When passing current through a 0.05 mm diameter W wire coated with a 25 nm period Ni/Al film, a flash was observed and the occurrence of a self-propagating reaction confirmed. In conclusion, in this study W wires coated with reactive multilayer thin films with potential for self-healing applications were developed...................