Dissertação/Tese DEPOSIÇÃO DE NANOFILMES DE ÓXIDO DE ZINCO OBTIDOS VIA DEPOSIÇÃO FÍSICA DE VAPOR PARA PROTEÇÃO À CORROSÃO DE LIGAS DE MAGNÉSIO WILLIAM OLIVEIRA JUNIOR - PPGQ

As ligas de Mg são leves, mecanicamente resistentes, biocompatíveis e biodegradáveis, ideais para aplicações que requerem baixo peso e boa resistência mecânica, comparáveis com as do alumínio, tornando estes os materiais estruturais mais leves atualmente. Embora as ligas ZK possuam a maior resistência mecânica dentre as de Mg, sua passividade à corrosão e baixa trabalhabilidade à quente limitam seu uso, a exemplo da ZK60. Adicionar 1,5% de mischmetal (MM) aumenta a temperatura de trabalho e a resistência à corrosão, mas não impede que ela ocorra. A engenharia de superfícies auxilia a reduzir este problema, por meio da fabricação de recobrimentos de alta densidade com a técnica de deposição física de vapor (PVD) é uma opção para mitigar esses problemas, visto que permite a deposição de filmes finos e densos. Uma destas técnicas é o DC Sputtering. Outra técnica em particular, o High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) permite controle da orientação, densidade e espessura dos filmes, por meio da variação dos parâmetros de deposição. Recobrimentos de ZnO foram reportados como semicondutores com atividade bactericida quando nanoestruturados, enquanto, quando densos, promovem proteção à corrosão do substrato. Todavia filmes nanoestruturados exigem temperaturas baixas e os densos são obtidos em temperaturas acima de 300°C. Neste trabalho, ligas ZK60 e ZK60+1,5MM foram fabricadas e recobertas com ZnO utilizando DC Sputtering variando a temperatura em 24°C, 150°C, 250°C e 300°C. Os filmes apresentaram uma evolução de espessura e de orientação. Filmes depositados a 24°C apresentaram melhores resultados de corrosão, em contrapartida à formação de filmes mais frágeis e de cristalitos menores. Os filmes foram avaliados via microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Ao depositar via HiPIMS, variando a tensão de bias aplicada para avaliar o impacto na morfologia dos filmes, foram obtidos revestimentos densos, com espessura média de 1,717μm e superfície porosa, analisados por MEV e DRX. A dureza e módulo elástico dos filmes foram obtidas por meio de ensaios de nanodureza.

The Mg alloys are lightweight, tough, biocompatible, and biodegradable, making them ideal for applications that require low weight and good mechanical strength comparable to aluminum, making them the lightest structural materials currently available. Although ZK alloys have the highest toughness among Mg alloys, their corrosion passivity and low hot workability limit their use, as seen in the case of ZK60. Adding 1.5% mischmetal (MM) increases the working temperature and corrosion resistance but does not prevent corrosion. Surface engineering helps reduce this issue through the production of high-density coatings using the physical vapor deposition (PVD) technique, such as DC Sputtering. Another specific technique, High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS), allows control over the orientation, density, and thickness of films by varying deposition parameters. ZnO coatings have been reported as semiconductors with bactericidal activity when nanostructured. However, when dense, they provide corrosion protection to the substrate. Nanostructured films require low temperatures, while dense films are obtained at temperatures above 300°C. In this study, ZK60 and ZK60+1.5MM alloys were manufactured and coated with ZnO using DC Sputtering, varying the temperature at 24°C, 150°C, 250°C, and 300°C. The films showed an evolution in thickness and orientation. Films deposited at 24°C exhibited better corrosion results, despite forming more fragile films with smaller crystallites. The films were evaluated using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). When deposited via HiPIMS, varying the applied bias voltage to assess the impact on film morphology, dense coatings with an average thickness of 1.717μm and a porous surface were obtained and analyzed by SEM and XRD. Film hardness and elastic modulus were determined through nanohardness tests.