Avaliação colorimétrica de filmes finos de DLC dopados com silício

Abstract

No presente estudo, foram investigadas a possibilidade da obtenção de uma paleta de cores de revestimentos decorativos baseados em DLC (Diamond-like Carbon), a correlação entre parâmetros de processo e a espessura dos filmes resultantes, e a comparação com as alternativas de revestimentos decorativos que hoje são utilizadas na indústria. Filmes finos de DLC-Si semitransparentes foram depositados sobre substrato de aço AISI1020, pela técnica de PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), variando-se os parâmetros tempo de deposição e densidade de potência, observando em seguida sua homogeneidade visual e colorimétrica. Uma paleta de quatro tonalidades distintas (dourado, azul, verde e preto) foi obtida e os revestimentos foram posteriormente caracterizados utilizando espectroscopia UV/Visível, que permitiu a conversão dos dados para os espaços colorimétricos CIE1931 e CIELab. Os filmes apresentaram valores elevados de luminosidade que, na maioria dos casos, foi a maior diferença quando comparado com seus pares já aplicados na indústria. O filme azul se destacou por conseguir valores negativos para o componente b*, chegando a -30, patamares de difícil obtenção para os revestimentos de coloração intrínseca. Durante o estudo, foi observada uma correlação direta entre a espessura da camada dos filmes obtidos com o produto da densidade de potência e o tempo de deposição, sendo possível estimar a espessura de revestimentos futuros que sejam depositados por essa mesma metodologia. Quando submetidos ao ensaio de riscamento, os revestimentos apresentaram dois mecanismos de falha distintos, sendo que para espessuras mais finas, os filmes ficaram aderidos e acompanharam a deformação plástica do substrato, enquanto para os filmes mais espessos, ocorreu o desplacamento do revestimento. Já durante o ensaio tribológico, devido a espessura reduzida dos filmes, não foi possível mensurar o desgaste dos revestimentos utilizando ensaios do tipo recíproco, na maioria dos casos. Por fim, os ensaios de polarização potênciodinâmica evidenciaram os ganhos qualitativos de resistência à corrosão, proporcionados pelos revestimentos quando comparados com o substrato puro, sendo os filmes de coloração preta os mais nobres, enquanto os revestimentos de coloração verde apresentaram a pior performance.

Abstract: Silicon doped diamond-like carbon (DLC-Si) semitransparent coatings were deposited over an AISI1020 substrate, using the PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) route, aiming to obtain a decorative thin-film color palette. The study focused on investigating the deposition time and power density influences in the process by varying these parameters, and further analyzing the resulted films' visual homogeneity, colorimetry, layer thicknesses, as well as scratch, wear, and corrosion resistance. A four-distinct-color pallet (gold, blue, green, and black) got obtained and, afterward, characterized using UV/Visible spectroscopy, converting the data to the CIE1931 and CIELab color spaces. The studied coatings exhibited high luminosity values, identified as the most notorious difference between the obtained films and the industry alternative counterparts. The blue samples presented an outstanding mark in the b* component, by reaching -30, since these standards are hardly encountered in intrinsic coloration films. A direct correlation between the film's thicknesses and the power density-deposition time product took place, bringing the possibility to estimate the thickness of future coatings prepared through this methodology. During the scratch test, two distinct failure mechanisms were observed. In the thinnest layers, the coating followed the substrate plastic deformation and stayed adhered to the surface. Meanwhile, the thickest films presented detachment in the evaluated tracks, exposing the substrate. Due to the reduced layer thicknesses presented by the studied films, the reciprocating test results were immeasurable when analyzed with a white light interferometer since, mostly, the wear produced included the underneath substrate as well. Finally, the potentiodynamic polarization test showed that the coatings conferred a qualitative improvement in corrosion resistance in comparison to the uncoated substrate. The black film showed nobler corrosion resistance, while the green layers exhibited the worst performance among the studied coatings.