Efecto del bias y de la presión de trabajo sobre las propiedades mecánicas y tribológicas de recubrimientos de nitruro de alta entropía (TiAlTaZrNb)Nx

Abstract

En este trabajo final de maestría se estudia experimentalmente el efecto del voltaje bias del sustrato y de la presión de trabajo sobre las propiedades mecánicas y tribológicas de recubrimientos de nitruro de alta entropía (TiAlZrTaNb)Nx. Utilizando la técnica de pulverización catódica por magnetrón de impulsos de alta potencia (HiPIMS) se depositaron películas delgadas de nitruro de TiAlZrTaNb sobre sustratos de aleación (Ti6Al4V) y superaleación de Ni (Hayness 282), variando el voltaje de polarización del sustrato entre 0 V a -75 V y la presión de trabajo entre 0,3 Pa a 0,7 Pa. Se investigó el efecto de la polarización del sustrato y la presión de trabajo sobre la estructura, morfología y dureza de las películas. La microestructura, morfología y composición química de los recubrimientos se analizaron mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de rayos X por dispersión de energía. Las propiedades mecánicas se evaluaron mediante nanoindentación, y las propiedades tribológicas se estudiaron con las técnicas de pin-on-disk y scrach tech. Se pudo observar que existe un efecto del voltaje Bias y de la presión de trabajo sobre las propiedades mecánicas y tribológicas de los recubrimientos depositados. La disminución de la presión en la cámara y los niveles de voltaje Bias mayores (- 75 V) permiten obtener películas densas, sin defectos, con microestructuras FCC, que presentaron durezas que alcanzaron los 57 GPa, bajos coeficientes de fricción (0,11), bajas tasas de desgaste y buena adherencia al substrato (Texto tomado de la fuente).

This master's dissertation experimentally investigates the effects of substrate bias voltage and working pressure on the mechanical and tribological properties of high-entropy nitride (TiAlZrTaNb)Nx coatings. Thin films were deposited on Ti6Al4V and Hayness 282 substrates alloy using high-power pulsed magnetron sputtering (HiPIMS), with substrate bias voltages ranging from 0 V to -75 V and working pressures between 0.3 Pa and 0.7 Pa. The study evaluates how these parameters influence the coatings' structure, morphology, and hardness. Microstructural and compositional analyses were performed via X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Mechanical properties were assessed using nanoindentation, while tribological behavior was characterized through pin-on-disk and scratch testing. Key findings demonstrate that reduced chamber pressure and higher bias voltages (e.g., -75 V) promote the formation of dense, defect-free coatings with face-centered cubic (FCC) microstructures. These optimized coatings exhibited exceptional hardness (up to 57 GPa), low coefficients of friction (0.11), minimal wear rates, and strong substrate adhesion.