Evaluation of Mechanical, Spectroscopic, and Morphological Properties of DLC Coatings with TiO2 Integration via PECVD and ALD on 316L Stainless Steel for Applications in UV Radiation-Prone and Saline Environments

Página do item simplificado
dc.contributor.advisorVieira, Lúcia
dc.contributor.authorMacário, Paulo Fabrício
dc.contributor.event2São José dos Campos
dc.contributor.refereeOliveira, Virgínia Klausner de
dc.contributor.refereeOliveira Filho, Irapuan Rodrigues de
dc.contributor.refereeAguzzoli, Cesar
dc.contributor.refereeFukumasu, Newton Kiyoshi
dc.date.accessioned2025-05-09T00:37:32Z
dc.date.available2025-05-09T00:37:32Z
dc.date.issued2024-08-08
dc.description.abstractThis study presents an innovative dual-layer coating approach integrating titanium dioxide (TiO2) onto diamond-like carbon (DLC)-coated 316L stainless steel. The combination of PECVD-deposited DLC and ALD-deposited TiO2 aims to preserve the inherent tribological properties of DLC while mitigating UV-induced degradation. By leveraging the ability of TiO2 to absorb, reflect, and scatter UV light, this dual-layer strategy significantly enhances the durability of DLC coatings in radiation-prone environments. The effects of accelerated aging through UV exposure on DLC and DLC/TiO2 films were evaluated using an Accelerated Weathering Tester. The Salt Spray test, and Ferroxyl test were employed to verify corrosion resistance, and film’s permeability. Comprehensive analyses were conducted to assess the structural and mechanical properties before and after UV exposure, including Raman spectroscopy, profilometry, SEM, EDS, nanoindentation, and tribometry. The results demonstrate that the TiO2 layer effectively mitigates UV-induced damage, preserving the DLC film’s integrity and tribological performance even after 408 h of UV aging. Specifically, the DLC/TiO2 coatings maintained lower roughness, higher hardness, and better adhesion than DLC-only coatings under identical conditions. Additionally, the films' behavior in marine atmospheric conditions showed that the DLC and DLC/TiO2-coated films exhibited significantly enhanced corrosion resistance compared to the bare 316L stainless steel, maintaining the integrity of the coating even under prolonged exposure to adverse environments. This research significantly advances protective coating technology by enhancing the durability and performance of DLC films, particularly in aerospace and other demanding industries where exposure to UV radiation is a critical concern.
dc.description.abstract2Este estudo apresenta uma abordagem inovadora de revestimento duplo, integrando carbono tipo diamante (DLC) com dióxido de titânio (TiO2) em aço inoxidável 316L. A combinação de DLC depositado por Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) e TiO2 depositado por Atomic Layer Deposition (ALD) visa preservar as propriedades tribológicas inerentes do DLC enquanto mitiga a degradação induzida por radiação UV. Aproveitando a capacidade do TiO2 de absorver, refletir e dispersar a luz UV, esta estratégia de dupla camada melhorou, de forma significa, a durabilidade dos revestimentos de DLC em ambientes propensos à radiação UV. Os efeitos do envelhecimento acelerado por exposição UV em filmes de DLC e DLC/TiO2 foram avaliados usando o equipamento QUV Accelerated Weathering Tester. O teste de spray salino e o teste de Ferroxyl foram empregados para verificar a resistência à corrosão e a permeabilidade do filme. Análises abrangentes foram realizadas para avaliar as propriedades estruturais e mecânicas antes e depois da exposição UV, incluindo espectroscopia Raman, perfilometria, MEV, EDS, nanoindentação e tribometria. Os resultados demonstram que a camada de TiO2 mitiga efetivamente os danos induzidos por UV, preservando a integridade e o desempenho tribológico do filme de DLC mesmo após 408 horas de envelhecimento UV. Especificamente, os revestimentos de DLC/TiO2 mantiveram menor rugosidade, maior dureza e melhor adesão do que os revestimentos apenas de DLC sob condições idênticas. Além disso, os testes em condições atmosféricas marinhas mostraram que os filmes revestidos com DLC e DLC/TiO2 exibiram alta resistência à corrosão em comparação com o aço inoxidável 316L não revestido, mantendo a integridade do revestimento mesmo sob exposição prolongada a ambiente adverso. Esta pesquisa avança significativamente a tecnologia de revestimentos protetores, melhorando a durabilidade e o desempenho dos filmes de DLC, particularmente nas indústrias aeroespacial e outras indústrias exigentes onde a exposição à radiação UV é uma preocupação crítica.
dc.description.physical111 f.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.format.mimetypepdf
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade de São Paulo
dc.identifier.affiliationUniversidade de Caxias do Sul
dc.identifier.bibliographicCitation2MACÁRIO, Paulo Fabrício. Evaluation of Mechanical, Spectroscopic, and Morphological Properties of DLC Coatings with TiO2 Integration via PECVD and ALD on 316L Stainless Steel for Applications in UV Radiation-Prone and Saline Environments. São José dos Campos, SP, 2024. 112 f.; PDF. Tese (Doutorado em Física e Astronomia) - Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, São José dos Campos/SP, 2024
dc.identifier.urihttps://repositorio.univap.br/handle/123456789/904
dc.language.isoen
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsUnivap
dc.publisher.institutionUniversidade do Vale do Paraíba
dc.publisher.programDoutorado em Física e Astronomia
dc.publisher.spatialSão José dos Campos
dc.subject.keywordAstrofísica
dc.subject.keywordCarbono tipo diamante
dc.subject.keywordDióxido de titânio
dc.subject.keywordAmbientes propensos à radiação UV
dc.titleEvaluation of Mechanical, Spectroscopic, and Morphological Properties of DLC Coatings with TiO2 Integration via PECVD and ALD on 316L Stainless Steel for Applications in UV Radiation-Prone and Saline Environments
dc.title.alternativeAvaliação das Propriedades Mecânicas, Espectroscópicas e Morfológicas de Revestimentos DLC com Integração de TiO2 via PECVD e ALD em Aço Inoxidável 316L para Aplicações em Ambientes Propensos à Radiação UV e com Salinidade
dc.typeTese

Arquivos

Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
Paulo Macario.pdf
Tamanho:
3.87 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.71 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição:
Baixar

Coleções

Tese-PPGFA