Crescimento e caracterização de filmes de diamante em substratos de aço - Vaz, Raquel Maria Amaro (2011)
Os revestimentos de diamante têm um grande potencial em diversasaplicações tecnológicas, devido às suas excelentes propriedades, permitindo uma melhoria no desempenho de componentes mecânicos e o aumento doseu tempo de vida útil. Os aços possuem um interesse especial, dada a suaviabilidade no fabrico de uma vasta gama de componentes de engenharia.Ainda assim, para aplicações de maior exigência, a deposição por via químicaem fase de vapor (CVD) de um revestimento de diamante aderente sobre o aço, poderá trazer grandes vantagens. A indústria em geral, e particularmente, o sector da produção de moldes parainjecção de plásticos, tem vindo a investir rumo a novas soluções no sentido de aumentar a resistência ao atrito e desgaste dos moldes. Os revestimentos de diamante CVD poderão aumentara vida dos moldes e melhorar potencialmente a qualidade das peças produzidas, diminuindo a percentagem de não conformidades. Contudo, a implementação deste processode revestimento a nível industrial ainda não foi possível, dadas, entre outras, asdificuldades que estão associadas à deposição de diamante em substratos de aço. Esta dissertaçãorelata um estudo sobre o crescimento de filmes de diamanteem substratos de aço. Os substratos testados consistiram em amostras de aço AISI P20 modificado, um material vulgarmente utilizado em moldes de injecçãode plásticos. Foram também investigados, e em termos comparativos, os aços: AISI 304, 310 e 316. Os filmes de diamante foram depositados por meio deuma técnica recentemente desenvolvida de CVD com modulação temporal, porisso designado, como time-modulatedCVD (TMCVD). Em todas as amostras, foi utilizada uma camada intermédia de nitreto de crómio (CrN). Foram investigados vários ciclos de deposição a fim de encontrar o melhorcompromisso entre qualidade e o crescimento de filmes contínuos. A deposição de filmes de diamante em substratos de aço AISI P20 modificado e AISI 304 foi bem sucedida. Foi realizada a caracterização morfológica dosfilmes depositados. Foram também avaliadas, a dureza, as tensões residuais e a adesão dos filmes. O aço AISI P20 modificado revestido com diamante, através da técnica de deposição TMCVD, mostrou ter enorme potencial, para aplicações tecnológicas. ABSTRACT: Diamond coatings have an exceptional potential for different technical applications because of its extraordinary properties, allowing the improvementof mechanical components performance and increasing tools life time. Steelhave a special interest because of its general use on the manufacture of a wide range of engineering components with good suitability. Although, for moredemanding applications, the deposition on steel of a well adherent diamondcoating by chemical vapour deposition (CVD) could have great advantages. The industry, particularly the plastics injection moulding industry, is investing in new solutions in order to improvefriction and wear behaviour of the moulds. Diamond CVD coatings could be a good contribution to the increase of moulds life time, potentially improving the quality of injected parts and reducing non-conformities. However, the industrial implementation of such a coatingprocess could not be realized yet, since diamond coating of steel comes along with several technical problems. This dissertation reports a study on diamond growing on steel substrates. The substrate materials tested were made from AISI P20 modified steel, commonlyused in the manufacturing of moulds for the plastic injection moulding industry.Also, and for comparison, samples of AISI 304, 310 and 316 were tested. Diamond films were deposited using a recently developed method called time-modulated CVD (TMCVD). In all the samples a chromium nitride (CrN) intermediate layer was used. Different deposition cycles were investigated in order to achieve the bestcompromise between film quality and film growth rate. Diamond films were successfully deposited onto AISI P20 modified and AISI 304 steels. Amorphological characterisation of films was performed. Hardness, residualstresses and adhesion were evaluated. Diamond deposition on AISI P20 modified steel substrates using TMCVD show promising resultsfor technological applications.