Microestructura, esfuerzos residuales y dureza en películas delgadas de nitruro de titanio-circonio = Microstructure, residual stress and hardness in titanium-zirconium nitride thin films

Abstract

Películas delgadas de nitruro de titanio-circonio (TiZrN) fueron sintetizadas a diferentes valores de temperaturas del sustrato por medio de la técnica de deposición de arco catódico pulsado. Inicialmente, se realizó un análisis de espectroscopía de energía dispersiva de rayos (EDS) con el fin de comprobar la presencia de los elementos químicos de Ti, Zr y N posterior a la deposición. Un análisis microestructural fue llevado a cabo por medio de varios métodos debido a la presencia de anisotropías en la microdeformación y finalmente se realizó un modelamiento del patrón de difracción para determinar valores físicos reales de la microestructura de las películas; basándose en la extracción de información del patrón de difracción de rayos X de polvo (XRPD). El estado de esfuerzo residual fue también determinado por medio de la técnica de difracción de rayos X asumiendo un comportamiento isotrópico del material en función del módulo de Young y el coeficiente de Poisson. La morfología superficial de la muestra fue determinada por medio de microscopía de fuerza atómica en función de la evolución del tamaño de grano en términos de la temperatura del sustrato durante la deposición. Por medio de nanoindentaciones, la dureza de las películas fue determinada, finalmente relacionando esta propiedad con los parámetros de síntesis a través de la información microestructural extraída a través de los modelos utilizados / Abstract: Titanium-zirconium nitride (TiZrN) thin films were synthesized at different values of substrate temperatures by pulsed cathodic arc deposition technique. Initially, X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis were carried out in order to prove the presence of Ti, Zr and N after deposition process. A microstructural analysis was made by several methods due to the existence of anisotropy in the microstrain and finally a microstructural powder pattern modelling were carried out to obtain real physical values of the films based on information extraction from X-ray powder diffraction pattern (XRPD). Residual stress state was also determined by means of XRPD assuming an isotropic behavior of the material in function of Young modulus and Poisson coefficient. Morphology analysis was determined by means of atomic force microscopy in terms of grain size evolution with substrate temperature during deposition. Nanoindentation analysis was made in order to determine hardness and finally relate with synthesis parameters through microstructural information