As ligas NiTi são ligas com memória de forma, com a capacidade de se adaptarem ao meio envolvente, bastante populares em inúmeras aplicações. Aproveitando as propriedades únicas deste tipo de ligas, filmes de NiTi têm sido utilizados em sistemas microeletromecânicos. No entanto, as ligas NiTi apresentam um limite nas temperaturas de operação que ronda os 100ºC, limitação esta que pode ser ultrapassada com a adição de um terceiro elemento de liga, como por exemplo o zircónio.Neste trabalho foram produzidos e caracterizados filmes NiTi-(Zr) com propriedades que permitam uma possível aplicação em MEMS, que operem em condições mais extremas, ou seja, a temperaturas mais elevadas. Para tal, foi utilizada a técnica de pulverização catódica magnetrão na produção dos filmes. Obtiveram-se filmes NiTi, utilizados como referência para efeitos de comparação, e filmes com diferentes teores de zircónio. Os filmes, após deposição e após tratamento térmico, foram caracterizados por microscopia eletrónica de varrimento/ espectroscopia de dispersão de energia, difração de raios X e calorimetria diferencial de varrimento. A resistividade dos filmes a 25 e 550 ºC foi medida, e as propriedades mecânicas foram avaliadas por nanoindentação.O ajuste da potência aplicada ao alvo de zircónio permitiu obter filmes com aproximadamente 4, 9 e 13 %at. de Zr. Por forma a obter a fase austenítica os filmes foram tratados termicamente a 550ºC, o que provocou o seu destacamento parcial ou total. Não foi possível compreender de forma inequívoca o papel do zircónio nas propriedades dos filmes. No entanto, uma ligeira tendência de aumento da temperatura final de transformação austenítica foi observada; contudo, o elevado teor de níquel impediu que as temperaturas de transformação fossem mais elevadas. A presença de austenite traduz-se por um decréscimo da resistividade dos filmes. Comparativamente com os filmes após deposição, os filmes tratados termicamente apresentam uma maior dureza, menor módulo de elasticidade, maior razão H/E, e o parâmetro de recuperação elástica aumenta, o que, juntamente com a presença de austenite, sugere que os filmes NiTi-(Zr) são superelásticos.

NiTi alloys are shape-memory alloys with the capability to adapt to the environment, and are widely used in various applications. Leveraging the unique properties of these alloys, NiTi films have been employed in microelectromechanical systems (MEMS). However, NiTi alloys exhibit an operational temperature limit around 100ºC. This restriction can be overcome by adding a third alloying element, such as zirconium.In this study, NiTi-(Zr) films were produced and characterized to enable potential applications in MEMS operating under more extreme conditions, namely at high temperatures. The films were deposited by magnetron sputtering. NiTi films were prepared as reference for comparison purposes, along with films with different zirconium content. The films were characterised by scanning electron microscopy/ energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, and differential scanning calorimetry, both after deposition and after heat treatment. The resistivity of the films was measured at 25 and 550ºC, and the mechanical properties were evaluated by nanoindentation.By adjusting the power applied to the zirconium target, films with approximately 4, 9, and 13 at.% Zr were obtained. To achieve the austenitic phase, the films were heat treated at 550ºC, which led to partial or complete delamination. The precise role of zirconium in the properties of the films could not be unequivocally determined. However, a slight tendency towards an increased final austenitic transformation temperature was observed; nonetheless, the high nickel content prevented higher transformation temperatures. The presence of austenite results in a decrease in the resistivity of the films. Compared to the as-deposited films, the heat treated ones exhibited higher hardness, lower elastic modulus, higher H/E ratio, and an increased elastic recovery parameter, suggesting that the NiTi-(Zr) films are superelastic.

Relatório de Estágio do Mestrado em Engenharia Mecânica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia