Evaluación de las propiedades anticorrosivas y microestructurales de recubrimientos nano estructurados de (Ti, Cr, Al, Si) N depositados mediante la técnica de co-sputtering

Abstract

La corrosión es un fenómeno electroquímico responsable del deterioro prematuro de una gran parte de componentes mecánicos, se conduce gran número de investigaciones en este campo en busca de reducir las pérdidas provocadas por este fenómeno. Una de las áreas en las cuales se investiga con gran interés son los recubrimientos depositados vía PVD. Debido a que estos muestran una excelente resistencia mecánica, además de exponer otras propiedades de interés dependientes de su composición química, pueden existir tantos tipos de recubrimientos como mezclas de elementos se ocurran, pero solo con la selección correcta de elementos y parámetros de deposición es posible obtener un resultado optimo en sus características. Un recubrimiento de tipo nitruro es aquel en el cual está presente el nitrógeno, además, cerca del 50% en su composición es este mismo. Para esta investigación se estudió una composición química conformada por 5 elementos Cr, Ti, Si, Al y N. para el proceso de deposición se utilizó la técnica de magnetrón co-sputtering reactivo alimentado con fuentes HIPIMS. Se seleccionaron herramientas de metal duro con fase cobalto debido a su extendido usa en la industria metalmecánica. El objetivo principal de este estudio fue investigar la resistencia a la corrosión, relacionarla con la microestructura y la composición química. Para la deposición de las películas se varió el contenido de silicio buscando variar la composición atómica de la capa. Se usaron dos blancos uno de TiAL 50-50 y uno de Cr ambos de alta pureza. La composición química fue estudiada por medio de las técnicas XPS (espectroscopía de fotoemisión de rayos X), EDS (espectroscopía de energía dispersada) y XRF (fluorescencia de rayos X), la estructura cristalográfica se estudió por medio de DRX (difracción de rayos X), la microsestructura por SEM (microscopia electrónica de barrido) y AFM (microscopia de fuerza atómica), la resistencia a la corrosión fue evaluada por medio de polarización potenciodinámica y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). En la investigación se logró depositar los recubrimientos con buena adherencia y resistencia mecánica, luego de ello se procedió a caracterizarlos y correlacionar sus propiedades con la estructura. (Texto tomado de la fuente)

Corrosion is an electrochemical phenomenon responsible for the premature deterioration of a large number of mechanical components. A great deal of research is being conducted in this field to reduce the losses caused by this phenomenon. One area that is being investigated with great interest is the use of coatings deposited via PVD (Physical Vapor Deposition). Due to their excellent mechanical resistance and other properties dependent on their chemical composition, there can be as many types of coatings as there are combinations of elements. However, only with the correct selection of elements and deposition parameters is it possible to obtain optimal results in their characteristics. A nitride-type coating is one in which approximately 50% of its composition is nitrogen. For this research, a chemical composition consisting of 5 elements, namely Cr, Ti, Si, Al, and N, was studied. The deposition process utilized the reactive co-sputtering magnetron technique with HIPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) power supply. Carbide tools with a cobalt phase were selected due to their widespread use in the metalworking industry. The main objective of this study was to investigate corrosion resistance and relate it to the microstructure and chemical composition. The film deposition involved varying the silicon content in order to alter the atomic composition of the layer. Two targets were used, one made of TiAl 50-50 and another made of Cr, both of high purity. The chemical composition was studied using XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), EDS (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy), and XRF (X-ray Fluorescence) techniques. The crystallographic structure was studied using XRD (X-ray Diffraction), the microstructure using SEM (Scanning Electron Microscopy) and AFM (Atomic Force Microscopy), and the corrosion resistance was evaluated using potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The coatings were successfully deposited with good adhesion and mechanical resistance. Afterwards, they were characterized, and their properties were correlated with the structure.