@MastersThesis{Silva:2017:EsEfIm,
author = "Silva, Carla da",
title = "Estudo dos efeitos de implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica,
sputtering e deposi{\c{c}}{\~a}o em diferentes materiais
causados pela implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o
em plasma (IIIP) no interior de tubos condutores",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2017",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2017-02-23",
keywords = "implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o em plasma,
sputtering, deposi{\c{c}}{\~a}o no interior de tubos
met{\'a}licos, plasma immersion ion implantation, deposition
inside metal tubes.",
abstract = "Tratamentos superficiais foram realizados utilizando a
implanta{\c{c}}{\~a}o i{\^o}nica por imers{\~a}o em plasma
(3IP), na presen{\c{c}}a de sputtering e deposi{\c{c}}{\~a}o no
interior de tubos met{\'a}licos visando, em particular, o estudo
dos efeitos do sputtering. Entre v{\'a}rias
configura{\c{c}}{\~o}es poss{\'{\i}}veis usando descarga
luminescente em tubos condutores, este estudo foi realizado
utilizando descarga de catodo oco como fonte de plasma, onde o
catodo tem uma ou duas extremidades abertas. Estas
configura{\c{c}}{\~o}es permitiram o estudo do plasma com alto
confinamento e densidade, al{\'e}m dos tratamentos da
superf{\'{\i}}cie do interior de tubos met{\'a}licos
cil{\'{\i}}ndricos para diferentes aplica{\c{c}}{\~o}es. Tubos
de a{\c{c}}o inoxid{\'a}vel de 16, 11, 4 e 1,1 cm de
di{\^a}metro e tubo de Ti-6Al-4V de 1,1 cm de di{\^a}metro foram
utilizados como catodo oco. Amostras de a{\c{c}}o inoxid{\'a}vel
304, Ti-6Al-4V, tit{\^a}nio puro e l{\^a}minas de
sil{\'{\i}}cio (utilizadas como monitor) dispostas no interior
(e as vezes fora) dos tubos foram tratadas com 3IP de
nitrog{\^e}nio ou arg{\^o}nio visando melhores propriedades
superficiais. As amostras foram caracterizadas por
Difra{\c{c}}{\~a}o de Raio-X, Microscopia Eletr{\^o}nica de
Varredura, Perfilometria {\'o}ptica, Microscopia Eletr{\^o}nica
de Varredura por Emiss{\~a}o de Campo, ensaios de tribologia tipo
pino-sobre-disco, indenta{\c{c}}{\~a}o instrumentada e
espectroscopia por el{\'e}trons Auger. Os resultados destas
an{\'a}lises mostraram modifica{\c{c}}{\~o}es superficiais mais
expressivas para os casos de descargas de catodo oco com uma
extremidade fechada. Observou-se tamb{\'e}m nas amostras de
sil{\'{\i}}cio que ocorreu deposi{\c{c}}{\~a}o significativa
de material removido da parede interna do tubo. A densidade do
plasma apresentou a tend{\^e}ncia de ser inversamente
proporcional ao di{\^a}metro do tubo, para uma determinada
pot{\^e}ncia aplicada, o que resultou no aumento da temperatura
do tubo quando se diminuiu o seu di{\^a}metro. A
utiliza{\c{c}}{\~a}o de uma tampa condutora numa das
extremidades do tubo resultou em um plasma de catodo oco mais
denso e est{\'a}vel. No tubo de menor di{\^a}metro testado (1,1
cm) notou-se que houve a sobreposi{\c{c}}{\~a}o da bainha, o que
provavelmente reduziu a energia recebida pelos {\'{\i}}ons de
nitrog{\^e}nio. Nem a adi{\c{c}}{\~a}o da tampa resolveu neste
caso, sendo talvez poss{\'{\i}}vel reverter o caso com a
aplica{\c{c}}{\~a}o de maior pot{\^e}ncia no pulso. Al{\'e}m
de melhor compreens{\~a}o dos processos de
implanta{\c{c}}{\~a}o, sputtering e deposi{\c{c}}{\~a}o em 3IP
de tubos condutores, a presente tese permitiu que o aumento da
temperatura m{\'a}xima obtida com essas descargas possibilitasse
tratamentos em batelada de amostras de tit{\^a}nio e suas ligas
com implanta{\c{c}}{\~a}o de nitrog{\^e}nio, obtendo-se TiN e
Ti\$_{2}\$N. ABSTRACT: Aiming the study of sputtering effects,
several surface treatments have been performed using plasma
immersion ion implantation (PIII), in the presence of sputtering
and deposition inside metal tubes. Among several possible
configurations using glow discharges in conductive pipes, this
study have been conducted using a hollow cathode as the plasma
source, where the cathode has one or two open ends. These
configurations allowed the study of plasmas with high confinement
and density, in addition to the treatments of the inner surface of
cylindrical metal tubes for different applications. Stainless
steel tubes with 16, 11, 4 and 1.1 cm of diameter and Ti-6Al-4V
tube with 1.1 cm of diameter were utilized as the hollow cathodes.
Samples of stainless steel AISI304, Ti-6Al-4V, pure titanium and
silicon wafer (used as monitors) placed inside (and sometimes
outside) the tubes were treated by nitrogen or argon PIII aiming
better surface properties. The specimens were characterized by
x-ray diffraction, scanning electron microscopy, optical
profilometry, field emission scanning electron microscopy,
pin-on-disk tribology tests, instrumented indentation and Auger
electron spectroscopy. The results showed significant surface
modifications for discharges in the hollow cathode with one closed
end. It was also observed by silicon samples that occurred
significant deposition of sputtered material in the tube inner
wall. The plasma density exhibit the tendency of being inversely
proportional to the tube diameter, for a determined applied power.
PIII tests also showed an increase of the tube temperature, by
decreasing its diameter. Using a conductive lid in one of the tube
ends resulted in a denser and more stable hollow cathode plasma.
In the smallest diameter tube tested (1.1 cm), it was noticed that
the sheaths overlapping occurred, which probably reduced the
energy of nitrogen ions being implanted. The addition of a lid did
not solve this problem but it could be possible to reverse the
case with a higher power high voltage pulser application. In
addition to a better understanding of the ion implantation
processes, sputtering and PIII deposition in conductive pipes, the
present dissertation allowed the increase of the maximum
temperatures obtained in such discharges, making it possible to
carry out batch treatment of titanium samples and its alloys by
nitrogen implantation, obtaining TiN and Ti\$_{2}\$N phases.",
committee = "Ueda, Mario (presidente/orientador) and Mello, Carina Barros
(orientadora) and Berni, Luiz Angelo and Silva, Maria Margareth
da",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Study of effects of ion implantation, sputtering and deposition in
different materials caused by plasma immersion ion implantation
(PIII) inside metal tubes",
language = "pt",
pages = "209",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3NAA9M5",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3NAA9M5",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}