Desenvolvimento e caracterização de filmes finos para aplicações decorativas

Abstract

O trabalho que se apresenta diz respeito á preparação e caracterização de um vasto leque de filmes finos coloridos produzidos recorrendo á técnica de deposição por pulverização catódica. Foram depositados filmes finos utilizando alvos de titânio, zircónio e Crómio (Ti, Zr, Cr), misturados com gases reativos tais como oxigénio, azoto, acetileno e uma mistura de azoto e oxigénio (80% N2 e 20% O2) Foram realizados revestimentos monocamada e multicamada comparando posteriormente as suas propriedades. Colaborou-se com duas empresas nacionais, nomeadamente a Cifial, ajudando na resolução de um problema de corrosão em revestimentos com aplicação em louças cerâmicas e com a empresa Termolaca, cujo objetivo assentou na aplicação dos revestimentos depositados por pulverização catódica como sendo uma alternativa viável a ser utilizada em perfis de alumínio. Foram depositados vários filmes sobre substratos cerâmicos de forma a otimizar a resistência á corrosão nos mesmos, satisfazendo assim a solicitação por parte da empresa Cifial. Para a empresa Termolaca foram realizados vários testes, para a otimização das cores pretendidas, para obter melhores propriedades mecânicas as multicamadas mostraram ser uma boa opção, no entanto falharam nos requisitos de resistência à corrosão tendo sido encontrado como solução a aplicação dos revestimentos por cima de uma camada prévia de termolacado. A caracterização da cor foi feita por espectroscopia de reflectância espectral, tendo a mesma sido calculada e representada no espaço CIE 1976 L*a*b*. A taxa de deposição foi determinada através da espessura medida pelo método da calote. Para avaliar a resistência dos revestimentos ao desgaste utilizou-se um ensaio desenvolvido na Universidade do Minho do qual se pode medir a percentagem de riscos ou falhas de adesão em função do tempo. Os revestimentos multicamadas verificaram ter melhores propriedades do que os revestimentos monocamadas em alguns ensaios, nomeadamente na resistência ao desgaste e na resistência a corrosão. Finalmente o laboratório integrado de materiais funcionais foi preparado de forma a ter um espaço reservado à caracterização de filmes finos, onde é possível medir a espessura dos revestimentos, as propriedades óticas, testar a resistência à corrosão e ao desgaste sem sair do laboratório.

The work presented relates to the preparation and characterization of a wide range of thin films produced using sputtering deposition. Thin films were deposited using targets of titanium, zirconium and chromium (Ti, Zr, Cr) and mixed with reactive gases such as oxygen, nitrogen, acetylene and a mixture of nitrogen and oxygen (80% N2 e 20% O2). Were performed monolayer and multilayer coatings subsequently comparing their properties. Collaborated with two local companies, including Cifial, helping them solving a problem of corrosion in coatings with applications in ceramics. For the company Termolaca, whose goal was based on the application of coatings deposited by sputtering as a viable alternative to be used in aluminum profiles. Several films were deposited on ceramic substrates to optimize the corrosion resistance in them, thus fulfilling the request by the company Cifial. For the company Termolaca several tests were performed to optimize the desired colors, for better mechanical properties, the multilayer shown to be a good option, however failed the requirements for corrosion resistance, has been found as the solution of applying coatings over a layer of thermolacquer. A color characterization was done by spectral reflectance spectroscopy, the same was calculated and represented in space CIE 1976 L*, a*, b*. The deposition rate was determined from the thickness. To evaluate the wear resistance of the coatings used an assay developed at the University of Minho which one can measure the percentage of scratches. The multilayer coatings found to have better properties than the multilayer coatings in some tests, namely in wear resistance and corrosion resistance. Finally the laboratory integrated functional materials were prepared so as to have a space for characterization of thin films, where it is possible to measure thickness of coatings, optical properties, corrosion resistance test and wear resistance without departing from the laboratory.