Desenvolvimento e caracterização de filmes finos para aplicações decorativas

Abstract

A inovação tecnológica tem permitido à indústria satisfazer as necessidades dos seus clientes mesmo que estas sejam demasiadas específicas e exigentes. Pretende-se com este trabalho de mestrado, avaliar a viabilidade do processo de deposição de filmes finos (PVD – physical vapour deposition), com o objectivo destes serem aplicados em fins decorativos. Olhando um pouco para o que já existe em termos de revestimentos em peças decorativas caímos em duas grandes possibilidades: banhos electrolíticos ou pintura (sprays, compressores, pintura manual, etc). A inovação neste caso assentará na substituição destes processos tradicionais de banhos e tintas, substituindo-os por deposições de filmes finos através do processo físico: pulverização catódica. Este processo traz desde logo vantagens a nível ambiental (tecnologia verde) e a nível de futuras doenças (por exemplo: pulmonares), para trabalhadores associados ao tipo de indústria tradicional. A durabilidade de um filme fino também irá ser estudada e testada para saber se este apresenta resistência ao desgaste e à corrosão (limpezas com produtos agressivos), visto que estes filmes finos serão aplicados em peças decorativas. Foram então seleccionados três tipos de materiais diferentes: aço, latão e prata. Esta escolha baseou-se na vasta aplicação que estes três tipos de materiais têm no mundo decorativo. As amostras revestiram-se com filmes finos e foram submetidas a dois tipos de testes: desgaste e corrosão, com o intuito de saber o desempenho dos filmes finos produzidos. Foram também feitas medições de microdurezas e de cor (L*, a* e b*) nas amostras. Finalmente foram registadas as condições necessárias para a obtenção de uma dada cor de um filme fino, isto é, foram calibradas as condições de deposição: pressão, intensidade de corrente, polarização de substrato, tempo de deposição, percentagem de árgon, oxigénio e azoto na atmosfera da câmara de deposição. Assim, com estes parâmetros conhecidos e completamente definidos, poderão ser obtidas as cores pretendidas repetindo apenas as condições que foram registadas (parâmetros optimizados).

Technological innovation enabled the industry develop all the needs of customers, even in cases where it is too specific and demanding. In industry, the two main alternatives for decorative coatings reported are the electrolytic baths and traditional painting (sprays, compressors, hand painting, etc.). These two methods however, accomplish several environmental problems (pollution and emissions) and promote health injuries to the workers, e.g. lung diseases. The aim of this Thesis is to evaluate the feasibility of the process of thin film deposition (by PVD - physical vapor deposition), to decorative application. To our knowledge, this method was never tested to this application. PVD avoids the environmental problems and the problems to the health of the workers. Its application in industry can also bring a more economic method. The deposition of the thin films was made by physical process, through cathodic pulverization. In this work, we studied and tested the durability of the thin film to evaluate the resistance to detritions (scratches) and corrosion (cleaning with aggressive products). Three materials were selected for the application of the film: steel, brass and silver. The choice of these materials was based in the wide range of its applications in decorative products. Samples were coated with thin films were subjected to two types of tests: detritions and corrosion, in order to know the performance of thin films produced. Microhardness and color (L*, a* and b*) measurements were also performed in the samples. Finally, the film parameters (e.g. temperature; intensity of the current; polarization; composition of the thin film; time of deposition; argon, oxygen and nitrogen composition in the flow) were calibrated with the color, to be able to obtain a defined color, for industrial application.