Recubrimientos nanoestructurados de Ti-Zr-Si-N producidos por la técnica de co-sputtering reactivo
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Español
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Resumen
El presente trabajo tuvo como objetivos principales sintetizar y caracterizar recubrimientos nanoestructurados de Ti-Zr-Si-N, obtenidos mediante la técnica de co-sputtering reactivo, con el fin de evaluar su desempeño estructural, mecánico, tribológico y de resistencia a la corrosión. Esta investigación se enmarca en la búsqueda de recubrimientos avanzados para aplicaciones industriales, donde se requieren propiedades superiores de dureza y resistencia a la corrosión. La metodología empleada consistió en la deposición de recubrimientos sobre sustratos de acero inoxidable, silicio y vidrio, utilizando configuraciones de co-sputtering DC/DC pulsada, RF/RF y DC/RF, variando las densidades de potencia y la composición de los blancos. Las muestras obtenidas fueron caracterizadas mediante técnicas como difracción de rayos X (XRD), espectroscopía de fotoelectrones (XPS), microscopía electrónica (SEM, TEM), nanoindentación, pruebas tribológicas y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS).
Los resultados más destacados indican que la incorporación controlada de silicio promueve la formación de estructuras tipo nanocompuesto, formadas por granos cristalinos de nitruros metálicos rodeados por una matriz amorfa rica en Si₃N₄, lo que mejora significativamente la dureza (hasta 23.5 GPa) y la resistencia a la corrosión. La muestra óptima presentó una combinación balanceada entre fases amorfas y cristalinas, asociadas a una menor densidad de defectos. Se concluye que los recubrimientos multicomponente Ti-Zr-Si-N presentan un alto potencial para aplicaciones tecnológicas donde se requiere simultáneamente resistencia mecánica y protección superficial frente a medios agresivos (Texto tomado de la fuente).
Abstract
This research aimed to synthesize and characterize nanostructured Ti-Zr-Si-N coatings produced by reactive co-sputtering, in order to evaluate their structural, mechanical, tribological, and corrosión resistant performance. The study contributes to the development of advanced coatings for industrial applications requiring superior hardness and corrosion resistance. The methodology involved the deposition of coatings onto stainless steel, silicon, and glass substrates using DC/DC pulsed, RF/RF, and DC/RF co-sputtering configurations, with variations in power densities and target compositions.
The resulting samples were characterized using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron microscopy (SEM, TEM), nanoindentation, tribological tests, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The most relevant results show that controlled incorporation of silicon promotes the formation of nanocomposite structures composed of crystalline metallic nitride grains embedded in an amorphous Si₃N₄ matrix, significantly enhancing both hardness (up to 23.5 GPa) and corrosion resistance. The optimal coating exhibited a balanced combination of amorphous and crystalline phases, associated with a lower density of defects. It is concluded that multicomponent Ti-Zr-Si-N coatings possess high potential for technological applications requiring both mechanical strength and surface protection in aggressive environments.
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Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías, tablas