Deposition and characterization of magnetron sputtered TiN and CrN decorative coatings on brass

This work deals the deposition and characterization of sputtered decorative coatings on brass, with the aim of optimizing its corrosion resistance. Physical vapor deposition (PVD) and electrodeposition processes are generally used together to deposit decorative coatings. Electrodeposition, though, raises many concerns from the environmental and health point of view, and should be used with great care. PVD can be an excellent substitute, but ways to improve the coating-substrate system corrosion resistance must be found. After a survey of the scientific literature on the topic, the deposition of multilayer titanium/titanium nitride and chromium/chromium nitride coatings was identified as a possible solution. The deposition was carried out by means of an industrial unbalanced DC magnetron at Protec Surface Technologies Srl. The coatings were subsequently characterized to assess their performance with respect to mechanical properties and corrosion resistance. Calotest and profilometry were used to measure thickness and roughness of the coatings. Optical microscopy was used to investigate the surface topography, the presence of defects and the structure of the coatings in cross-section. Scratch test and indentation were used for adhesion and hardness characterization respectively. Finally, corrosion resistance was assessed through salt spray test and electrochemical polarization. The coating with the best performance, both from the mechanical properties and the corrosion resistance point of view, was the 10 packets multilayer chromium-chromium nitride.

Lo scopo di questa tesi è di depositare e caratterizzare rivestimenti PVD decorativi su ottone, ottimizzandone la resistenza a corrosione. Lo stato dell’arte per i rivestimenti decorativi consiste attualmente nell’elettrodeposizione di uno strato protettivo sul quale depositare un sottile rivestimento PVD per la messa a colore, unendo così le migliori proprietà delle due tecniche. Tuttavia è necessario trovare alternative a questo approccio, poiché il processo di elettrodeposizione è problematico sia dal punto di vista ambientale che della salute, in quanto genera composti tossici pericolosi per gli operatori e difficili da smaltire. Le tecniche PVD sono un’ottima alternativa, poiché si tratta di processi molto puliti, ma è essenziale trovare un metodo per migliorarne la resistenza a corrosione, dovuta agli inevitabili difetti che si formano durante la crescita del film. Dopo una ricerca bibliografica sull’argomento, si è trovata una possibile soluzione nella deposizione di rivestimenti multistrato di titanio/titanio nitruro e cromo/cromo nitruro. La deposizione è stata effettuata su un impianto magnetron DC sbilanciato industriale presso la Protec Surface Technologies di Bedizzole (BS). Successivamente, i campioni sono stati caratterizzati dal punto di vista della struttura, delle proprietà meccaniche e della resistenza a corrosione. Spessori e rugosità sono stati misurati con Calotest e Profilometro. L’osservazione al microscopio ottico ha permesso di indagare la topografia superficiale, la presenza di difetti sulla superficie, e la struttura del rivestimento in sezione. Test di nebbia salina e polarizzazione elettrochimica sono serviti a caratterizzare la resistenza a corrosione. Il rivestimento migliore, sia dal punto di vista delle proprietà meccaniche che della resistenza a corrosione, è stato il multistrato cromo-cromo nitruro a 10 pacchetti.