Entendimento químico da adesão de filmes de carbono amorfo em ligas ferrosas por meio de intercamadas contendo silício

Filmes de carbono tipo diamante (DLC), mesmo com pesquisas sendo desenvolvidas ao longo de quatro decadas, possuem uso industrial restrito e impedem a aplicacao massiva nos ultimos anos devido a baixa adesao deste material em ligas ferrosas. A baixa adesao desses filmes e interpretada por mecanismos fisicos e quimicos distintos que contribuem para o processo de delaminacao. Os mecanismos fisicos referem-se a tensoes residuais internas causadas pelo bombardeamento de ions e atomos durante o processo de deposicao e, tambem, a diferenca de coeficientes de expansao termica do filme e substrato. Enquanto nos mecanismos quimicos envolvem a afinidade quimica entre substrato e filme, o uso de intercamadas contendo silicio melhora a adesao de filmes de carbono amorfo, pois reduz a diferenca dos coeficientes de expansao termica entre substrato e filme e auxiliam nas ligacoes quimicas presentes nas interfaces filme/intercamada/substrato. Ligacoes quimicas que promovem adesao como C-C e Si-C podem ser obtidas com a utilizacao destas intercamadas, mas um melhor entendimento da quimica da interface destes sistemas, levando em consideracao a influencia de elementos residuais como oxigenio na regiao se faz necessario. Elementos contaminantes, provenientes do precursor utilizado no processo de deposicao da intercamada, ou ate mesmo residual atmosferico do sistema de vacuo da câmara, como o oxigenio, podem reduzir esta afinidade quimica e consequentemente a adesao buscada. Estudos mostram resultados positivos para adesao em temperaturas acima de 300 °C, onde o oxigenio terminante de ligacoes e dessorvido, porem elevadas temperaturas podem inviabilizar a aplicacao industrial destes filmes. Outros parâmetros de deposicao destas intercamadas como tempo de deposicao, tensoes de polarizacao ou mesmo tratamento quimico com auxilio de plasma podem tambem diminuir a presenca de elementos como o oxigenio e otimizar, portanto, as temperaturas de deposicao maiores ou igual a 85 °C. Neste estudo, dois diferentes sistema modelo foram propostos de modo a analisar a influencia da estrutura quimica da intercamada contendo silicio na adesao de filmes de carbono amorfo. Os diferentes sistemas modelam a influencia do tratamento a plasma de nitrogenio em intercamada contendo silicio e a influencia da pressao de base em intercamadas de silicio puro, visando a adesao dos filmes de carbono amorfo hidrogenado em ligas ferrosas. A microestrutura e a quimica dos sistemas filme/intercamada/substrato foram analisadas e, posteriormente, correlacionadas a adesao. As estruturas dos filmes de carbono amorfo foram analisadas por espectroscopia Raman. A composicao quimica e ligacoes dos sistemas propostos contaram com investigacoes por microscopia eletronica de varredura (MEV), espectroscopia de emissao optica por descarga luminescente (GD-OES), por espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de fotoeletrons excitados por raios X (XPS). A adesao dos filmes foi avaliada atraves de testes regidos por normas internacionais, como Scotch test, Mercedes test e testes de esclerometria linear. Os sistemas estudados apontaram a melhor adesao dos filmes de carbono em sistemas onde foi verificada a menor presenca de oxigenio nas interfaces da intercamada para ambos os modelos, o que concorda com trabalhos anteriores. O oxigenio, portanto, trata-se do principal elemento prejudicial a adesao. Foi proposto um modelo fisico-quimico que correlaciona a adesao a quantidade de oxigenio presente na deposicao. Este modelo pode ser utilizado para adesao de filmes de carbono amorfo otimizando aplicacoes em processos industriais. [resumo fornecido pelo autor]