Obtenção de filmes finos de nitreto de boro (BN) por RF magnetron sputtering

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Oliveira, Carlos Alberto Monesi de
• Orientador(a): Massi, Marcos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por; eng
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS); tribologia; filmes finos; Nitreto de boro hexagonal (hBN); aço 1045; magnetron sputtering
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/30590

A indústria busca materiais dúcteis que facilitam os processos de fabricação, mas com boa resistência e dureza que garantam um menor desgaste e tempo de trabalho prolongado. Este trabalho investiga sobre as propriedades de recobrimentos de nitreto de boro (BN), que apresenta alta estabilidade térmica e química, depositados sobre aço ABNT 1045, material muito usado para aplicações em componentes mecânicos sujeitos ao desgaste, tais como: eixos, engrenagens e virabrequins. O BN, quando em sua forma cúbica (cBN) possui elevada dureza o que lhe confere resistência ao desgaste e na sua forma hexagonal (hBN) tem baixo coeficiente de atrito qualificando-o ao emprego como um lubrificante sólido. Os recobrimentos de nanopartículas de nitreto de boro foram depositados por Magnetron Sputtering empregando fontes de potência de rádio frequência (RF) e fonte pulsada de elevada potência (High Power Impulse Magnetron Sputtering - HiPIMS). Para a transformação de filme orgânico contendo boro (B) em BN nanocristalino, foi empregado o processo de tratamento térmico em forno tubular de quartzo em temperaturas na faixa de 450 a 850ºC e o processo de tratamento térmico a plasma de eletrodo oco operando em rádio frequência (RF) na mistura dos gases Ar/N2. Neste caso, as temperaturas de processo na faixa de 270 a 380ºC foram atingidas em função da variação da potência de descarga. A estrutura, as fases e a morfologia dos filmes de nanopartículas de nitreto de boro depositadas foram caracterizadas por XPS, DRX, EDS e AFM. A deposição por Magnetron Sputtering formou um filme de nitreto de boro hexagonal (hBN) com coeficiente de atrito três vezes menor que a do substrato (aço 1045). O Tratamento em forno tubular a 450ºC não levou à formação da fase BN na camada. Uma fase de BN não estequiométrica com deficiência de nitrogênio foi obtida para a temperatura de 650ºC. No tratamento a 850ºC, a fase BN formada é estequiométrica. Os efeitos do BN depositado e incorporado nas propriedades de atrito e dureza do aço ABNT 1045 também foram estudados. O processo de tratamento térmico em forno tubular melhorou a dureza de 5,35 para 11,4 GPa, mostrando uma dependência linear com a temperatura.