The corrosion resistance and microstructure of UBM system-deposited NbxSiyNz thin films

Resistencia a la corrosión y microestructura de recubrimientos de NbxSiyNz depositadas con el sistema UBM

En este trabajo se produjeron recubrimientos nanoestructurados de NbxSiyNz sobre acero inoxidable AISI 304 mediante la técnica del UBM (unbalanced magnetrón - sputtering con magnetrón desbalanceado), variando el contenido de Si, y se evaluó su resistencia frente al fenómeno corrosivo por medio de la técnica de polarización potenciodinámica en una solución al 3% de NaCl. La microestructura de los recubrimientos se analizó por medio de XRD (X ray diffraction - difracción de rayos X), SEM (scanning electron microscopy - microscopia electrónica de barrido) y microscopia láser confocal. La composición química se identificó con la técnica XRF (X ray fluorescence - fluorescencia de rayos X). Como resultado las tasas de depósito se incrementaron con la adición de Si, además se observó un cambio en la microestructura para contenidos superiores a 5% de Si, mediante la transición de un recubrimiento cristalino a amorfo. Finalmente, los resultados de corrosión sugieren que los recubrimientos con un alto contenido de silicio tienen un mejor comportamiento frente a la corrosión del sistema.

Introducción

En los últimos años se han utilizado varias técnicas para depositar películas delgadas; una de ellas es la deposición física de vapor (PVD), que mejora eficazmente las propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas y químicas de los materiales (Bhushan et al., 2001; Yang et al., 2008; Kumar y Kaur, 2009; Li et al., 2009; Vyas et al., 2010). Varios estudios de PVD se han centrado en la producción de películas delgadas ternarias con soporte de metal de transición, silicio y nitrógeno (Me-Si-N), mejorando el rendimiento de la película delgada y el desarrollo de nuevos materiales, como se menciona en Ti-Si-N (Ding et al., 2004; Ribeiro et al., 2004), V-Si-N (Veprek, 1997), W-Si-N (Fu, Shen et al., 2005; Fu, Zhou et al., 2005) y la producción de Nb-Si-N (Murakami, Sasaki et al., 2001; Dong et al., 2006; Sandu et al., 2006; Song et al., 2007; Wang et al., 2007).

Entre los procesos de PVD destaca la técnica de sputtering con magnetrón no balanceado (UBM), que permite obtener estructuras densas a bajas temperaturas y mejora la adherencia, lo que puede aumentar el rendimiento de un sistema de recubrimiento/sustrato cuando se ve afectado por altas tasas de desgaste, fatiga y corrosión (Kelly y Arnell, 2000; Safi, 2000; Karthikeyan et al., 2010).

Algunos estudios de películas delgadas de NbN producidas mediante la técnica UBM han mostrado un buen rendimiento en la mejora de la resistencia a la corrosión del acero (Fenker et al., 2003; Rodil et al., 2007; Olaya et al., 2008; Ramírez et al., 2011). Otros estudios se han centrado en la fabricación de películas delgadas de Nb-Si-N mediante técnicas de PVD y han evaluado sus propiedades mecánicas y eléctricas (Murakami et al., 2001; Dong et al., 2006; Sandu et al., 2006; Song et al., 2007; Wang et al., 2007).