Estudo da modificação de superfície do aço X45 CrSi 9-3, com produção de interface, visando melhorar a aderência de filmes de DLC

• Main Author: Lânia Auxiliadora Pereira
• Other Authors: Machado. João Paulo Barros
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2014
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2014/02.08.19.07

Filmes de carbono tipo diamante ($\emph{Diamond Like Carbon}$ - DLC) têm atraído significativamente a atenção da comunidade científica e tecnológica em virtude das propriedades físico-químicas, tais como, como elevada dureza, inércia química, baixo coeficiente de atrito, aderência em substratos metálicos, que permitem aplicações nas mais diversas áreas. Porém para atender a todas estas aplicações é primordial que os filmes de DLC tenham alta aderência ao substrato. Este trabalho trata do estudo da modificação de superfície do aço X45 CrSi 9-3 apenas com átomos de silício como agentes formadores de interfaces entre o substrato e os filmes de DLC. O foco deste estudo foi o processo de subimplantação iônica do silício, buscando obter uma interface com propriedades mecânicas e tribológicas intermediárias às do substrato e do filme de DLC, porém com formação de ligações químicas fortes que garantam uma elevada aderência. Para o crescimento da interface e dos filmes de DLC foi utilizada a técnica DC Pulsada PECVD ($\emph{Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition}$), com modificações desenvolvidas na equipe e trazendo algumas novidades, como a utilização de uma tela ativa para melhorar a intensidade e uniformidade de descarga. As amostras foram caracterizadas quanto à aderência, composição química, taxa de deposição, razão I$_{D}/I_{G}$, hidrogenação e atrito. As técnicas utilizadas foram espectroscopia de espalhamento Raman, tribologia e perfilometria de contato. Para o crescimento do filme de interface, foi usado o gás silano e para o crescimento dos filmes de DLC utilizou-se dois tipos diferentes de gases precursores, o metano e o acetileno. Os resultados mostraram que tanto a partir do precursor metano quanto do precursor acetileno é possível obter filmes de DLC com qualidades estruturais adequadas. Também que é possível depositar filmes de DLC sobre o aço X45 CrSi 9-3 com boa aderência e que o arranjo experimental da tela ativa proporcionou que as deposições fossem efetuadas em pressões mais baixas o que proporcionou um maior aproveitamento da energia média dos íons e beneficiou as condições de deposição dos filmes de DLC em regime de quase sem colisões. === Diamond-like carbon (DLC) films have attracted so much the attention of the scientific and technological community due to their very impressive physicochemical properties, such as high hardness, chemical inertness, low friction coefficient, adhesion to metallic substrates, which allow application in several areas. Nevertheless, to reach all these applications, it is essential to reach high adhesion between DLC film and substrate. In this work studies of surface modification of X45 CrSi 9-3 steel was done by using only silicon atoms as agents forming interface between substrate and DLC films. The focus of this study is the silicon ion sub-implantation process, seeking an interface with intermediary mechanical and tribological properties between substrate and DLC film, but with strong chemical bonds ensuring high adhesion. For interface and DLC films growth, it was used a modified pulsed DC PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) technique, performed "in house", using at the first time an active screen to improve the uniformity of discharge for DLC gorwth. The samples were characterized in terms of adhesion, chemical composition, deposition rate, I$_{D}/I_{G}$ ratio, hydrogenation and coefficient of friction. The techniques used were Raman scattering spectroscopy, tribology and contact profilometer. For the interface growth it was used silane gas and for the DLC film growth it was used two different precursor gases, methane and acetylene. The results showed that both precursors can be used for DLC films growth with adequate structural qualities. Also it is possible to deposit DLC films on steel X45 CrSi 9-3 with good adherence and the experimental arrangement by using active screen provided better condition for deposition at lower pressures due to higher average energy of the ions in almost collisionless regime.