Efecto del dopaje de titanio en recubrimientos de bisulfuro de tungsteno (ws2) producidos por la técnica de magnetrón co-sputtering no reactivo para aplicaciones en lubricantes sólidos

Abstract

En este trabajo se depositaron películas delgadas de bisulfuro de tungsteno dopadas con Titanio (WS2-Ti) por la técnica de magnetrón Co-Sputtering DC sobre sustratos de acero inoxidable AISI 304 y silicio, variando la potencia del cátodo de Titanio de 0 a 25W. Por medio de espectroscopia de energía dispersiva (EDS) se determinó el contenido de titanio en la estructura del WS2, obteniendo un máximo de 10% para la muestra crecida a 25W de potencia; además, se calculó relación S/W donde se evidencia un aumento de este valor con la potencia del cátodo de titanio. Los resultados de difracción de rayos X (XRD) mostraron para la muestra pura, la presencia de la fase hexagonal con mayor intensidad en el plano (103); sin embargo, la inclusión de titanio, produjo un cambio abrupto en la estructura evitando la cristalización del WS2; no obstante, a altos contenidos de titanio (6%) se observa la formación de un nano-compuesto, esto se pudo observar con imágenes TEM. Utilizando la técnica de rayado dinámico (scratch test) se estudió la adhesión del material, se encontró que al incrementar el contenido de titanio en el material la carga crítica (Lc) aumenta; además, el tipo de falla pasa de ser plástico a elástico. El comportamiento tribológico fue medido por medio de bola en disco (BOD) obteniendo curvas Coeficiente de fricción-ciclos, los resultados presentaron valores de fricción de 0.10 para la muestra pura y de 0.15 para la muestra de 5W; aunque, todas las películas fallan en los primeros ciclos, esto es causado por el bajo espesor de las muestras. Finalmente, se evaluó la velocidad de corrosión utilizando espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), se observó que altos contenidos de Ti (6%) mejoran la resistencia a la corrosión, ya que el titanio ayuda a la densificación del recubrimiento y genera una capa protectora (Texto tomado de la fuente)

In this work titanium doped tungsten bisulfide thin films (WS2-Ti) on AISI 304 stainless steel and silicon substrates were deposited using Magnetron Co-Sputtering DC technique. Films were produced varying titanium power cathode from 0 to 25W. Using energy dispersive spectroscopy (EDS) the titanium content on the WS2 structure was determinated, obtaining a maximum of 10% for the sample grown at 25W and a reduction of S/W ratio. X- ray diffraction (XRD) results showed, for the pure sample, the presence of hexagonal phase with high intensity on (103) plane. However with titanium insertion, the WS2 crystallinity was reduced; nevertheless, when the titanium content is greater or equal to 6%, the nano-composite formation was promoted. This effect was observed in TEM images. Using scratch test the material adhesion was studied, the results showed that with an increment of titanium content, the load charge (Lc) increases; moreover, the failure type of the films change from plastic to elastic behavior. The tribological behavior was determinated using ball on disk (BOD) test. With this method, friction coefficients- cycles curves were obtained, allowing to measure friction coefficient values of 0.1 for the pure sample and 0.15 for the sample grown at 5W. Because of the low thickness of the samples, all of them failed on the first cycles. Finally, using electrochemistry impedance spectroscopy (EIS) the corrosion resistance was evaluated, the results showed that high titanium content improves the corrosion resistance, because the titanium helps with film densification and generate a protective layer