Síntesis y caracterización de películas de WTiN por la técnica PAPVD

Abstract

Se crecieron recubrimientos de WTiN en forma de película por la técnica PAPVD magnetrón sputtering. El experimento se llevó a cabo en 5 conjuntos de muestras, en donde para cada conjunto se varió un parámetro de síntesis, con el fin de analizar su influencia en las propiedades de las películas. En los 5 conjuntos, se obtuvieron 20 muestras, con 4 muestras por conjunto, cada conjunto representa un parámetro de síntesis variado, los conjuntos son: Temperatura T, Presión P, Potencia W, Voltaje Bias B y Potencia en modo cosputtering C. Las condiciones que permanecieron invariantes para la totalidad de las muestras obtenidas fueron: presión base, % de flujo de gases (Ar/N) y distancia interelectródica. Se fijó el espesor de los recubrimientos gracias a la técnica de reflectividad de rayos X, que permitió establecer la tasa de deposición para todos los recubrimientos. Posteriormente se procedió a realizar las caracterizaciones estructurales, composicionales y morfológicas de los recubrimientos, con la ayuda de difracción de rayos X (XRD), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y microscopía de fuerza atómica (AFM), respectivamente. A continuación se procedió a realizar las evaluaciones tribológicas de adhesión y deslizamiento, la cuales se efectuaron mediante las técnicas Scratch Test y Pin on disc test, respectivamente. Los resultados de las caracterizaciones XRD evidenciaron que todos los recubrimientos cristalizaron en la misma fase, con estructura FCC tipo roca de sal. Los valores de dominio cristalino permanecieron dentro de la escala nanométrica; además, las microdeformaciones fueron bajas y poco dispersas. Con respecto a los análisis XPS, se encontró que los dobletes correspondientes a los metales W y Ti, presentan componentes metal-metal, metal-nitrógeno y metal-oxígeno. Todas las muestras evidenciaron trazas de carbono y oxígeno. Relativo a las propiedades morfológicas, la rugosidad mostró tener una alta influencia en el desempeño tribológico de las películas, dado que los recubrimientos que mejores prestaciones mostraron, en cuanto a adhesión y desgaste, fueron aquellos que tuvieron rugosidades bajas, así como coeficientes de fricción bajos. (Texto tomado de la fuente)

WTiN coatings were grown in film form by the PAPVD magnetron sputtering technique. The experiment was carried out in 5 sample sets; each set represents a varied synthesis parameter, in order to analyze its influence on the film properties. In the 5 sets, 20 samples were obtained, with 4 samples per set; each set represents a varied synthesis parameter, the sets are: T: Temperature, P: Pressure, W: Power, B: Bias Voltage and C: Power in cosputtering mode. The conditions that remained invariant for all the samples obtained were: base pressure, % gas flow (Ar / N) and inter-electrode distance. The thickness of the coatings was fixed with X-ray reflectivity, which allowed to establish the deposition rate for all coatings. Subsequently, structural, compositional and morphological characterizations of coatings were carried out, using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM), respectively. Then the tribological evaluations of adhesion and sliding were carried out, which were developed using Scratch Test and Pin on disc test, respectively. The XRD characterization results evidenced that all the coatings crystallized in the same phase, with structure FCC salt rock type. The crystalline domain values remained within the nanometer scale; In addition, the microstrain were low and little dispersed. With regard to the XPS analysis, it was found that doublets corresponding to metals W and Ti, have metal-metal, metal-nitrogen and metal-oxygen components. All samples showed carbon and oxygen traces. Regarding the morphological properties, the roughness showed to have a high influence on the film tribological performance, since coatings that showed best performance in adhesion and wear terms were those that had low roughness as well as low friction coefficients.