Síntese e caracterização de filmes finos de Ti-Cr-Si-N sobre aço aisi 4340: aumento de dureza e da resistência ao desgaste

dc.contributor.advisorFeitor, Michelle Cequeirapt_BR
dc.contributor.advisor-co1Souza, Ivan Alves de
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7381-6025
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0708410440290223
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-4850-9493
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4011909474871656
dc.contributor.authorNeves, Igor Bruno Alvespt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1676152210873593
dc.contributor.referees1Nascimento, Igor Oliveirapt_BR
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8924715510520920
dc.contributor.referees2Costa, Thercio Henrique de Carvalho
dc.contributor.referees2IDhttps://orcid.org/0000-0001-7429-4273
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3647710047561421
dc.contributor.referees3Aires, Michelle de Medeiros
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/0109757587437841
dc.contributor.referees4Sousa, Romulo Ribeiro Magalhães de
dc.contributor.referees4IDhttps://orcid.org/0000-0003-2062-6505
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/3246869695770169
dc.date.accessioned2025-08-14T23:05:30Z
dc.date.available2025-08-14T23:05:30Z
dc.date.issued2025-04-22
dc.description.abstractThe aim of this work is the synthesis and characterization of Ti-Cr-Si-N thin films obtained by the cathode roller method. Thin films are layers of material between nanometers and micrometers thick that are deposited on a substrate to modify its surface properties. These properties can be optical, chemical, electrical, mechanical, magnetic and thermal, depending on the type of film and the application. In the field of mechanics, thin films can increase the wear and corrosion resistance of materials, so the substrate used in the research was AISI 4340, due to its importance in mechanical manufacturing. The cylinders used as cathode targets were made from a mixture of titanium, chrome and silicon powders pressed in a compaction matrix. The nitriding reactor with the modified cathodic cage method or cathodic cylinders (CCyPD) was used to carry out the deposition treatments. The depositions were made at two types of potential: cathodic and floating, at temperatures of 300, 350, 400 and 450 °C. In the cathodes with two proportions of gases (N2-H2): 80-20% or 20-80%. Subsequently, the films deposited on the treated samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. A hardness test was carried out. The dry pin-disc wear test, SEM with EDS, and profilometry to evaluate the wear track were also carried out. The results showed that the type of treatment potential (cathodic or floating) influenced the formation of some phases. The diffractogram showed that the crystallinity of the phases increased with the treatment temperature in the samples analyzed. XRD and Raman showed the synthesis of nitrides on the surface of the substrate. The hardness tests showed that the hardness increased by at least 70% compared to the substrate at a ratio of 20-80% (N2-H2). The formation of nitrides, which are very hard materials, on the surface of the samples explains this increase in surface mechanical properties. The wear track region generated by the tribological pin-disk test was analyzed in terms of the profile on the surface of the samples. Compared to the untreated substrate, the treated samples showed greater roughness and greater resistance to pin wear. The cathodic samples showed higher hardness values and lower wear track depth values, particularly the 400°C treated sample, which showed 2349HV and 2.5μm.
dc.description.resumoO trabalho tem como objetivo a síntese e caracterização dos filmes finos de Ti-Cr-Si-N obtidos pelo método de cilindros catódicos. Filmes finos são camadas de material com espessura entre nanômetros e micrômetros que são depositadas sobre um substrato para modificar suas propriedades superficiais. Essas propriedades podem ser ópticas, químicas, elétricas, mecânicas, magnéticas e térmicas, dependendo do tipo de filme e da aplicação. No campo da mecânica, os filmes finos podem aumentar a resistência ao desgaste e à corrosão dos materiais, de modo que o substrato utilizado na pesquisa foi o AISI 4340, devido a sua importância na fabricação mecânica. Os cilindros usados como alvos catódicos, foram construídos a partir da mistura dos pós de Titânio, Cromo e Silício, prensados em matriz de compactação. Para realizar os tratamentos de deposição, utilizou-se o reator de nitretação com o método de gaiola catódica modificada ou cilindros catódicos (CCyPD). As deposições foram feitas nos dois tipos de potenciais: catódico e flutuante, nas temperaturas de 300, 350, 400 °C e 450 °C. Nos catódicos com duas proporções de gases (N2-H2): 80-20% e 20-80%. Posteriormente, os filmes depositados nas amostras tratadas foram caracterizados por difração de raio-X (DRX) e espectroscopia Raman (Raman). Foi realizado o ensaio de dureza. O ensaio de desgaste do tipo pino-disco à seco, o de MEV com EDS, e o de perfilometria para avaliar a trilha de desgaste. Os resultados mostraram que o tipo de potencial de tratamento (catódico ou flutuante) influenciou na formação de algumas fases. O difratograma revelou que a cristalinidade das fases aumentou com a temperatura de tratamento nas amostras analisadas. O DRX e o Raman evidenciaram a síntese de nitretos na superfície do substrato. Os testes de dureza mostraram que a dureza aumentou em pelo menos 70% em relação ao substrato na proporção de 20-80% (N2-H2). A formação de nitretos, materiais muito duros, na superfície das amostras, explica esse aumento da propriedade mecânica superficial. A região da trilha de desgaste, gerada pelo ensaio tribológico de pinodisco, foi analisada quanto ao perfil na superfície das amostras. Em comparação com o substrato sem tratamento, as amostras tratadas apresentaram maior rugosidade e maior resistência ao desgaste do pino. As amostras catódicas apresentaram maior valor de dureza e menores valores de profundidade da trilha de desgaste, destaca-se a tratada em 400°C, que apresentou 2349HV e 2,5μm.
dc.identifier.citationNEVES, Igor Bruno Alves. Síntese e caracterização de filmes finos de Ti-Cr-Si-N sobre aço aisi 4340: aumento de dureza e da resistência ao desgaste. Orientadora: Dra. Michelle Cequeira Feitor. 2025. 90f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/65153
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBRpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectCilindros catódicos
dc.subjectTratamento a plasma
dc.subjectNitretos
dc.subjectTratamento de superfície
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
dc.titleSíntese e caracterização de filmes finos de Ti-Cr-Si-N sobre aço aisi 4340: aumento de dureza e da resistência ao desgaste
dc.title.alternativeSynthesis and characterization of Ti-Cr-Si-N thin films on aisi 4340 steel: increase in hardness and wear resistance
dc.typemasterThesispt_BR

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