Análisis estructural, superficial y tribológico de recubrimientos de nitruro de cromo (CrN) sintetizado por magnetrón sputtering reactivo DC = Structural, surface and tribological analyzed of CrN thin films by reactive magnetron sputtering DC

Abstract

Se sintetizaron recubrimientos duros de CrN, por la técnica de Magnetrón Sputtering Reactivo, sobre sustratos de acero AISI 304 y 4140, analizando sus propiedades estructurales, mecánicas, tribológicas y de corrosión, cuando existe variación de la presión de trabajo de 30 y 3 mTorr. A partir de XRD, se observo la formación de la fase FCC y HCP del CrN, en orientaciones preferenciales (111) y (110) respectivamente; se determino la nanodureza del recubrimiento CrN, sintetizado sobre los sustratos (AISI 304 y 4140) donde muestra valores del orden de los 26 GPa, cuando se realiza el crecimiento a presión de trabajo de 3 mtorr, mientras que la dureza para el sistema depositado a 30 mTorr es de 21 GPa, lo que sugiere que la variable H no depende del sustrato, ya que la nanoindentación no supera el 10% del espesor de capa. Se midieron coeficientes de fricción, para el CrN – FCC, en ambos aceros y las diferentes presiones (3 y 30 mTorr) con valores medios de 0.646 y 0.852 respectivamente, observando delaminación y fractura de asperezas que por deformación plástica, mostrando una disminución en las tasas de desgaste de los aceros del orden de 1000 y 10000 veces, para las capas delgadas depositadas a 3mTorr y 30 mTorr. Se analizaron las capas delgadas usando curvas Tafel con electrolito de NaCl al 3.5%p/p, donde se midieron velocidades de corrosión (mpy) de los tratamientos superficiales de CrN al acero AISI 304 a presiones de trabajo de 30 y 3 mTorr calculando disminución en las velocidades de corrosión en un 3127.09% y 18432.05% respectivamente / Abstract: CrN hard coatings were synthesized by reactive magnetron sputtering on AISI 304 and 4140 substrates, analyzing structural, mechanical, tribological and corrosion properties when varying the work pressure from 30 mTorr to 3 mTorr. XRD analysis showed FCC and HCP formation of CrN in (111) and (110) preferential orientations respectively. Nanohardness measurements of the coating synthesized on both substrates (AISI 304 and 4140) showed a 26 Gpa values when working at 3 mTorr pressure and 21 Gpa if a 30 mTorr pressure was used, suggesting that H is independent of the substrates used because the nanoindentation is performed below 10% of coating total thickness. Friction coefficients of CrN-FCC were obtained for both steels and different pressures, giving mean values of 0.646 and 0.852 respectively. Delamination and asperity fracture due to plastic deformation were observed, reducing the wear coefficient of raw steels in the order of 1000 to 10000 times. Tafel tests were perfomed in a NaCl 3.5%p/p electrolyte, obtaining corrosion speeds (mpy) of the CrN superficial treatments deposited at 30 mTorr and 3 mTorr on 304 Stainless steel substrates, obtaining a 3127.09% and 18432.05% reduction of the corrosion speed respectively.