Resistencia al desgaste de recubrimientos Bi/NbC producidos con el sistema sputtering con magnetrón desbalanceado

Abstract

En este trabajo se produjeron películas nano estructuradas de NbC, Bi y bicapas Bi/NbC sobre acero M2 y 316L mediante la técnica Sputtering con magnetrón desbalanceado, y se evaluó su resistencia frente al desgaste por medio del ensayo pin on disc, la adherencia con una prueba de rayado y la resistencia a la corrosión de las películas depositadas sobre los sustratos 316L mediante técnicas electroquímicas. La microestructura de los recubrimientos se analizó mediante Difracción de rayos X, Microscopía electrónica de Barrido, Microscopia de fuerza atómica y microscopía laser confocal. La microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica revelaron superficies de muy baja rugosidad en el caso de la película NbC y con pocos defectos, mientras que las películas de bismuto presentaron mayor valor de rugosidad y con zonas de vacios debido al mecanismo de crecimiento del Bismuto. El depósito de las películas NbC se realizó en atmosfera reactiva de metano (0.008 sccm) y argón (22 sccm) con corriente DC de 300 mA, mientras que las películas de bismuto se depositaron con potencia de 40 W y flujo de argón de 9 sccm. Los resultados obtenidos muestran que el coeficiente de fricción de la película de bismuto y la bicapa aumenta desde el inicio del ensayo debido a la baja adherencia de las películas. Por otro lado, la película NbC presento la menor tasa de desgaste posiblemente debido a sus buenas propiedades mecánicas y mejor adherencia y la bicapa fue la configuración que brindo una mayor protección al acero disminuyendo considerablemente su tasa de desgaste. En cuanto a la resistencia a la corrosión el mejor comportamiento fue el de la película NbC posiblemente debido a su naturaleza cerámica y buena adherencia al sustrato. No se observa buena resistencia a la corrosión de los recubrimientos de bismuto y la bicapa debido a la baja adherencia y alta rugosidad de estas películas.

Abstract. In this work were produced NbC and Bi nanostructured films and bilayers Bi / NbC with substrates M2 and 316L steel using the UBM (unbalanced magnetron sputtering) technique. Wear resistance by pin on disc test, adherence by scratch test and corrosion resistance in films grown on 316 L steel, were evaluated. Coatings microstructure was analyzed by XRD (X-ray diffraction), SEM (Scanning Electron Microscopy), atomic force microscopy and confocal laser microscopy. Scanning electron and atomic force microscopes show low roughness and defects in NbC surface, while Bi films show high roughness with voids due to the bismuth growth mechanism. NbC films deposition was performs in methane (0.008 sccm)+ argon (22 sccm) reactive atmosphere with 300 mA of DC current. Bismuth films were deposited with 40W DC Power and 9 sccm argon flow. The results show that the friction coefficient of the bismuth film and the bilayer increases from start of the test due to the low adherence of the films. Furthermore, the NbC film showed the lowest wear rate possibly due to its good mechanical properties and better adhesion. Bilayer was that provide greater protection to steel greatly decreasing their rate of wear. As for corrosion resistance performance the best film was NbC possibly due to their ceramic nature and good adhesion to substrate. Bismuth films and bilayer shows bad corrosion resistance due its poor adherence and high roughness.