Recubrimientos nanoestructurados de Ti-W-Si-N depositados mediante la técnica de co-sputtering magnetrón reactivo

Abstract

This thesis studied the mechanical, tribological and electrochemical properties of TiWSiN thin films. The thin films were deposited by reactive magnetron co-sputtering using equipment of two and three targets. Films were produced under four different conditions: i) by modifying the silicon content; ii) varying the nitrogen content; iii) applying the Taguchi method to find optimal deposition conditions; and iv) under the optimal conditions found, varying the silicon and nitrogen content. Comparative coatings of TiWSi, TiWN, TiSiN and WSiN were also deposited. The coatings were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and nanoindentation. It was found that silicon and nitrogen have effects on the microstructure, chemical composition and morphology, which affect the mechanical, tribological and electrochemical properties of the thin films. Hardness of 26GPa was achieved, as well as low wear rates and low friction coefficients. However, the electrochemical properties did not show improved behavior in comparison with the substrate

En la presente investigación se estudiaron las propiedades mecánicas, tribológicas y electroquímicas de recubrimientos de TiWSiN. Los recubrimientos se depositaron por el proceso de co-sputtering reactivo utilizando equipos con una configuración de dos y tres blancos. Se fabricaron recubrimientos bajo cuatro condiciones diferentes: i) modificando el contenido de silicio; ii) variando el contenido de nitrógeno; iii) aplicando el método Taguchi para encontrar condiciones óptimas de depósito; y iv) utilizando las condiciones óptimas encontradas, variando el contenido de silicio y nitrógeno. También se depositaron recubrimientos comparativos de TiWSi, TiWN, TiSiN y WSiN. Los recubrimientos fueron caracterizados por las técnicas de difracción de rayos X (XRD), espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM) y nanoindentación. Se evidenció que el silicio y el nitrógeno tienen efectos importantes en la microestructura, composición química y morfología que inciden en las propiedades mecánicas, tribológicas y electroquímicas de los recubrimientos. Se lograron durezas de 26GPa, bajas tasas de desgaste y bajos coeficientes de fricción. Sin embargo, las propiedades electroquímicas no presentaron un comportamiento significativamente superior al del sustrato.