Estudo da influência das condições de deposição no comportamento mecânico de filmes finos de TiN
| Autor: | Silva, Felipe Carneiro da |
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| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2014 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UFABCUniversidade Federal do ABCUFABC. |
| Druh dokumentu: | masterThesis |
| Popis: | Orientador: Prof. Dr. Alexandre Jose de Castro Lanfredi Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. Este trabalho dedica-se ao estudo da influencia das condicoes de deposicao de filmes finos de nitreto de titanio (TiN), observando o comportamento mecanico quando solicitados em um ensaio de tracao. Os filmes foram depositados utilizando a tecnica de deposicao fisica a vapor (PVD) Triodo Magnetron Sputtering (TMS) em substratos de Al. Atraves dos resultados dos ensaios mecanicos, estimou-se o espacamento maximo entre trincas a partir do valor de saturacao das mesmas, para cada condicao de sintese. Duas condicoes principais de sintese para obtencao dos filmes foram a variacao da tensao (bias) de polarizacao em -50, -100 e -150 V no substrato e o tempo de deposicao em 30, 60, 90 e 120 min, obtendo assim diferentes tensoes compressivas e espessura de filmes, respectivamente. Os filmes finos foram obtidos a partir de um alvo de uma liga de Ti6Al4V em atmosfera reagente de gas nitrogenio e foram utilizados substratos de aluminio comercial com 1 e 3 mm de espessura. Tanto os filmes quanto os substratos foram caracterizados pela tecnica do Ensaio de Tracao, Difracao de raios-X, Microscopia otica, Microscopia Eletronica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva. Calculou-se o espacamento de saturacao de trincas utilizando o metodo proposto por Jeong, comparando esse espacamento entre as diferentes condicoes de deposicao e espessura dos filmes. A partir do metodo de sen2¿Õ (SSPP), que utiliza os resultados de difracao de raios-X obtidos em Angulos rasantes fixos (configuracao Seeman-Bohlin), calculou-se a tensao residual do filme apos a sintese com o intuito de estimar a tensao cisalhante interfacial pelo modelo proposto por Chou. Como resultado, os filmes com maior espessura tiveram um espacamento de saturacao das trincas maior quando comparados com os filmes de menor espessura. Os filmes depositados com a tensao de polarizacao negativa menor (-50V) tambem tiveram um espacamento de saturacao maior quando comparados com os filmes depositados com tensao de polarizacao negativa mais elevado (-100 e -150V). Tensoes de polarizacao tendem a gerar altas tensoes residuais compressivas no filme, o que podem levar ao destacamento do mesmo na interface. Tensoes de cisalhamento interfacial tambem estao diretamente relacionadas com tensoes residuais compressivas. Filmes com uma maior espessura podem ter uma menor tensao compressiva, mas ao mesmo tempo correm o risco de sofrerem destacamento do substrato. Assim, a escolha da amostra que obteve a melhor adesao foi aquela que ao mesmo tempo nao destacou e teve um alto valor de ¿É Sat. This work presents a study of the influence of coating conditions on mechanical properties of titanium nitride (TiN) thin films, under tensile test. The films were deposited using a physical vapor deposition (PVD) technique, the Triode Magnetron Sputtering (TMS), on aluminum substrates. From interrupted mechanical testing results, the maximum inter-crack spacing of the cracked coating was obtained in the saturated situation (ë Sat), for each synthesis conditions applied. Two parameters used on the film deposition were the bias voltage polarization applied to the substrate (in -50, -100 and -150V) and the deposition time (30, 60, 90 and 120 min), leading to different compressive stress and film thickness, respectively. The thin films were obtained from a Ti6Al4V target in Ar and N2 atmosphere and the substrates were made from commercial laminated aluminum sheet with 1 and 3 mm thickness. The substrate and the films deposited were characterized by Tensile Test, x-ray diffraction, Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive Spectrometry. The inter-crack spacing was calculated using the method proposed by Jeong and the results were compared between the several deposition conditions utilized and thickness obtained. From sen2ø (SSPP) method, obtained from x-ray diffraction pattern in grazing configuration (Seeman-Bohlin), the residual stress of the thin films was calculated and used to estimate the interfacial shear strength by the model proposed by Chou. As result, the samples with larger thickness had a saturated inter-crack spacing greater then thinner films. The deposited films using low negative bias voltage (-50V) also had a saturated inter-crack spacing greater when compared with the higher negative bias voltage (-100 and -150V). Higher negative bias voltage applied to the substrate leads to higher compressive residual stress and can induce to the detachment of the film. The interfacial shear stress is directly related with residual compressive stress. Films with higher thickness generally have lower compressive stresses, but with increase in the risk of detachment. Finally, the sample with best adhesion was the one that in same time not presented detachment and had a higher value of ëSat. |
| Databáze: | Networked Digital Library of Theses & Dissertations |
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