Deposition of ceramic hard coatings are paramount in surface engineering as a strategy for protecting metallic surfaces of severe wear, many times present in industrial applications. Among the options of materials for this purpose, the transition metal nitrides are some of the most common. Cr-Al-N present interesting mechanical and anti-oxidation properties. Along with the choice of materials, the route of deposition is a major parameter to be taken in consideration and thoroughly studied to optimize the performance of the film solution. In this thesis, Cr-Al-N coatings were deposited over stainless steel substrate using dcMS and HiPIMS and its impact on the properties of the films were investigated. The coatings presented high concentration of N, possibly due to target poisoning during reactive depositions. The samples produced using 70/30 at % target exhibited better mechanical performance as consequence of the larger amount of Al in solid solution. HiPIMS films presented improved properties and densification caused by the higher ionization and consequently higher energy in comparison with dcMS manufactured samples. The nitride coatings were produced using a novel technique in which the substrate is oscillated continuously in front of the target to produce nanostructured coatings by varying the angle of incidence of the sputtered material. This technique named Dynamic Glancing Angle Deposition (DGLAD) was found responsible for creating misorientation gradients along the grains. These features combined with the zigzag shape of grain boundaries contributed to enhancement in hardness and wear resistance, especially when larger oscillatory ranges were used. DGLAD is proved as a technique capable of positively influence microstructure, deposition rate and mechanical performance of the Cr-Al-N coatings.

A deposição de recobrimentos cerâmicos duros é fundamental na engenharia de superfícies como uma das estratégias para proteção de superfícies metálicas contra condições de desgaste severo em aplicações industriais. Dentre as opções de materiais disponíveis para essa finalidade, nitretos de metais de transição são algumas das mais comuns. Cr-Al-N apresenta interessantes propriedades mecânicas e de resistência à oxidação, sendo uma opção relevante. Além da escolha do material, a via de deposição é um importante parâmetro a ser levado em consideração e estudado em detalhes quando se desenvolve soluções de recobrimentos. Nesta tese, recobrimentos de Cr-Al-N foram depositados sobre substratos de aço inoxidável fazendo uso das técnicas de HiPIMS e dcMS. O impacto da escolha de técnicas e de seus parâmetros nas propriedades dos filmes foram investigados. Os recobrimentos apresentaram altos teores de N, provavelmente devido ao processo de envenenamento dos alvos ricos em Al durante a pulverização catódica reativa. As amostras produzidas usando alvos precursores com composição atômica de 70/30 % Al/Cr mostram propriedades mecânicas mais relevantes do ponto de vista de dureza e H³ /Er² devido à adição de maiores quantidades de Al em solução sólida. Os filmes produzidos por HiPIMS apresentaram maior dureza e densificação em comparação aos produzidos por dcMS devido à maior taxa de ionização, e subsequente maior energia de deposição da técnica pulsada. Os nitretos foram fabricados utilizando uma técnica recentemente desenvolvida, em que o substrato é continuamente oscilado na frente do alvo durante a deposição, garantindo a variação constante do ângulo de chegada do fluxo de material proveniente do alvo com relação à superfície da amostra. Esta técnica recebeu o nome de DGLAD (Dynamic Glancing Angle Deposition). A variação no ângulo de incidência do fluxo causa a formação de nanoestruturas ao longo do filme, com grãos apresentando formatos corrugados. Observou-se que estas estruturas geram gradientes de misorientations ao longo dos grãos, e em combinação com a natureza em zigue zague dos contornos de grãos são capazes de aumentar a dureza e a resistência ao desgaste dos recobrimentos, especialmente quando fabricados utilizando-se grandes limites de ângulos de oscilação. A técnica DGLAD se mostrou capaz de controlar positivamente o desempenho e a taxa de deposição dos filmes de Cr-Al-N, posicionando-se como uma importante alternativa para aplicações industriais.