Producción y caracterización de una bicapa w/wc por la técnica deposición física de vapor asistida por plasma

Abstract

Las películas delgadas de materiales duros basados en metales del grupo IVB como Cr, Mo y W, enlazados con carbón, forman carburos de composición cristalográfica atómica similar. De estos tres carburos, se destaca el WC por su alta aplicación en la industria y excelentes propiedades físicas y químicas tales como elevada dureza, estabilidad química y estructural a elevadas temperaturas, resistencia a la abrasión y oxidación, bajo coeficiente de fricción y conductividad eléctrica semejante a los metales. Se ha encontrado que es posible obtener un mejor desempeño en estos materiales al realizar una transformación de recubrimientos en monocapas a recubrimientos en multicapas, ya que se pueden generar mejoras con respecto a la adherencia al sustrato, incremento de las tensiones internas de las monocapas ocasionando un aumento de la dureza, formación de enlaces en la interface, entre otros. Una capa de W actuando como bufer entre el sustrato y el WC tiene grandes ventajas ya que esta además de ayudar a la adherencia de la película de WC previene en aceros con alto contenido de carbón una interdifusión del carbono hacia el acero ocasionando una degradación de la película. Con el fin de llegar a condiciones óptimas de crecimiento de las películas en el proceso de síntesis, lo cual resulte en la obtención de la mejor estequiometría, espesor, fases cristalinas, microestructura y energías de enlace, se hace necesario contar con técnicas de análisis como Difracción de Rayos X (XRD), Espectroscopia de Fotoelectrones de Rayos X (XPS), Microscopia de Barrido por Sonda (SPM), Microscopia de Barrido Electrónico (SEM), espectroscopia de energía dispersiva (EDS) entre otras, con el fin de establecer y optimizar la relación directa entre las variables de procesamiento del material y sus propiedades (Texto tomado de la fuente)

Thin films of hard materials based on group IVB metals like Cr, Mo, and W, bonded with Carbon, form carbides with a similar crystallographic atomic composition. An outstanding material among these three carbides is the WC due to its highly application in industry and excellent physical and chemical properties like high hardness, high temperature chemical-structural stability, wear and oxidation resistance, low friction coefficient and similar metal electric conductivity. Improvements in the performance of this materials has been found making a transformation from monolayer to multilayer coating, obtaining better substrate adherence, increase in internal stress of monolayers and hence a raise in hardness, interface bonds formation, among others. A W layer acting as a buffer between the substrate and WC has great advantages due to in addition to improve the adherence of WC thin film, also prevent, in high carbon content steels substrates, the carbon diffusion to steel and hence the film degradation. In order to obtain the optimal conditions of grown of films in the synthesis process, which results in the best stoichiometry, thickness, crystalline phase, microstructure and bond energies, it is necessary to use analysis techniques such as X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning probe microscopy (SPM), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS), among other, in order to establish and optimize the relationship between process variables of the material and its properties.