Implementación de una fuente de arcos pulsados para la producción de recubrimientos duros de TiN

Abstract

En este trabajo se hace referencia a la implementación de una fuente de arcos pulsados, que ha sido acoplada a un sistema de deposición de recubrimientos duros, utilizando la técnica de deposición física en fase vapor asistida por plasma (Plasma Assisted Physical Vapor Deposition – PAPVD), en funcionamiento de este nuevo sistema y algunas de sus ventajas han sido corroborados mediante la producción de recubrimientos de nitruro de titanio (TiN) sobre sustrato de acero inoxidable 304, variando algunos de los parámetros de proceso. El primer capitulo contiene algunas bases teóricas acerca de los procesos de deposición asistidos por plasma, especialmente se da importancia a los procesos PAPVD en los que se utiliza la formación de un arco eléctrico para la evaporación del material de aporte. Se hacen algunas consideraciones importantes en el diseño de fuentes de arco continuo y arco pulsado, ventajas y desventajas. El segundo capitulo trata, de manera general, aspectos importantes sobre la fenomenológica que acompaña el proceso de iniciación y formación del arco eléctrico dentro del reactor y la relación que este tiene con el circuito eléctrico que lo produce. Se consideran también las herramientas de diseño utilizadas en los circuitos de potencia y de control. Finalmente se reporta la configuración eléctrica y electrónica implementada, así como el software de control. En el tercer capitulo se describen los parámetros que pueden ser modificados en la nueva fuente de arcos pulsados, voltaje entre electrodos, numero de arcos pulsados requeridos, tiempo de arco activo y tiempo de arco inactivo. Han sido obtenidos recubrimientos de TiN variando el número de arcos aplicados (4 muestras) y el tiempo de arco activo (4 muestras). En la etapa de caracterización, se reportan algunas medidas de espesor, difracción de rayos X, realizados sobre la muestra, los resultados obtenidos son comparados con aquellos tomados para muestras crecidas previamente en el laboratorio (utilizando la descarga de un banco de capacitares). (Texto tomado de la fuente)

This work describes the implementation of a pulsed arcs source, which has been coupled to a deposition system for the production of surface coatings, using the Assisted Plasma Physical Vapor deposition technique (PAPVD). The performance of this new system and some of its advantages have been corroborated by the production of titanium nitride (TiN) coating over 304 stainless steal substrates varying some process parameters. The first chapter contains some theoretical fundaments of plasma assisted deposition processes. In particular it focuses on the PAPVD process where the formation of an electrical arc for the evaporation of the material is used. Some important considerations are made concerning the design of the continuous and pulsed arc sources, as well as their advantages and disadvantages. The second chapter treats, in a more general form, some important aspect about the phenomenology related to the creation and the evolution process of an electric arc in the experimental reactor, and it’s relationship to the electrical circuit that has produced it. Also the design of the power and control circuits is considered. Finally the electronical and electronic configuration, as well as the control software implemented is presented. The third chapter describes the parameters that can be modified with the pulsed arc source, voltage between the electrodes, the required number of pulsed arcs, the arc time, as well as the time between the arcs. Different TiN coatings varying the number of applied arcs ( 4 samples) and the arc time (4 samples) have been produced. In the stage of characterization, measurements of the thickness, X-Ray Diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and X-ray Photoelectronic Spectroscopy (XPS), have been made on the samples. The results are compared with those taken for examples previously grown in our laboratory (using the discharge process of a capacitor bank).