Recubrimiento TiSiN sobre acero inoxidable AISI 316 L: comportamiento mecánico, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión

Abstract

This paper examines the fabrication and properties of nanostructured composites based on silicon nitride / titanium nitride on AISI 316L substrates obtained by the magnetron reactive sputtering technique in order to test corrosion resistance and wear. The elementary quantification together with the elementary mappings offered by the EDS technique revealed the chemical composition of the coatings. Through the experimental design L9 of Taguchi, the influence of the discharge variables on the final concentration of Si in each coating was determined, revealing that the individual influence of the variables describes the behavior of the model almost in its entirety. The microstructure of the coatings was analyzed by X-ray diffraction using the Bragg-Bretan technique, estimating the behavior of the grain size and the micro-tensions present in the coatings. The electrochemical characterization showed that the silicon-containing coatings decreased the corrosion rate with respect to the substrate and TiN coating. The electrochemical impedance tests were modeled by an analogous electrical circuit, the resistance to corrosion of the obtained coatings shows dependence of the amount of silicon, presenting the best behavior for TiSiN-3. The roughness of the coatings does not show a dependence on the silicon concentration, while the adhesion in the coatings decreases with the silicon content. The tribological behavior estimated by the coefficient of friction and the wear rate present the best results at an intermediate concentration of silicon. The results show that an outstanding behavior was obtained for the TiSiN-3 coating, demonstrating that by means of the control of the discharge variables a coating with an optimum silicon content is obtained that allows to improve its electrochemical and tribological performance.

Este documento examina la fabricación y las propiedades de los compuestos nanoestructurados basados ​​en nitruro de silicio / nitruro de titanio en sustratos AISI 316L obtenidos por la técnica de pulverización reactiva de magnetrón para probar la resistencia a la corrosión y el desgaste. La cuantificación elemental junto con los mapeos elementales ofrecidos por la técnica EDS revelaron la composición química de los recubrimientos. A través del diseño experimental L9 de Taguchi, se determinó la influencia de las variables de descarga en la concentración final de Si en cada recubrimiento, revelando que la influencia individual de las variables describe el comportamiento del modelo casi en su totalidad. La microestructura de los recubrimientos se analizó por difracción de rayos X utilizando la técnica de Bragg-Bretan, estimando el comportamiento del tamaño de grano y las microtensiones presentes en los recubrimientos. La caracterización electroquímica mostró que los recubrimientos que contienen silicio disminuyeron la velocidad de corrosión con respecto al sustrato y el recubrimiento de TiN. Las pruebas de impedancia electroquímica fueron modeladas por un circuito eléctrico análogo, la resistencia a la corrosión de los recubrimientos obtenidos muestra dependencia de la cantidad de silicio, presentando el mejor comportamiento para TiSiN-3. La rugosidad de los recubrimientos no muestra una dependencia de la concentración de silicio, mientras que la adhesión en los recubrimientos disminuye con el contenido de silicio. El comportamiento tribológico estimado por el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste presentan los mejores resultados a una concentración intermedia de silicio. Los resultados muestran que se obtuvo un comportamiento sobresaliente para el recubrimiento TiSiN-3, lo que demuestra que mediante el control de las variables de descarga se obtiene un recubrimiento con un contenido óptimo de silicio que permite mejorar su rendimiento electroquímico y tribológico.