Structural and Morphological Properties of Titanium Aluminum Nitride Coatings Produced by Triode Magnetron Sputtering

Propiedades morfológicas y estructurales de recubrimientos nitruro de titanio aluminio producidos por magnetron sputtering tríodo

Se crecieron recubrimientos de Ti_xAl1−_xN empleando la técnica de magnetron sputtering tríodo, variando el voltaje de polarización entre -40 V y -150V. Por medio de espectroscopía de energía dispersiva, difracción de rayos x y miscroscopía de fuerza atómica, se analizó la influencia del voltaje de polarización sobre las propiedades morfológicas y estructurales de los recubrimientos. A medida que el voltaje bias se incrementó, se observó un aumento en el porcentaje atómico de Al, compitiendo con la concentración de Ti y produciendo cambios estructurales. A bajas concentraciones de Al, la pelćula exhibió una estructura cristalina FCC; sin embargo, a medida que le porcentaje de Al disminuyó, se pudo detectar una mezcla de fases FCC y HCP. Por otro lado, el incremento en el voltaje de polarización produjo una disminución en el espesor de las películas, debido al aumento en el número de colisiones. Además, el tamaño de grano y la rugosidad se vieron fuertemente afectados por el voltaje bías.

1 INTRODUCCIÓN

En la actualidad, los recubrimientos duros para la reducción del desgaste de las herramientas de corte, como el TiN, TiCN y TiAlN, están bien establecidos. La consecuencia del aumento de la productividad y de los requisitos de calidad del producto es la necesidad de mejorar el rendimiento de los recubrimientos utilizados en las herramientas [1]. En lo que respecta al TiAlN, las recientes mejoras en la vida útil de las herramientas de corte se han conseguido gracias al desarrollo de recubrimientos de nitruro de aluminio y titanio (Ti,Al)N [2]. Las películas como el TiAlN presentan una combinación única de propiedades como la alta dureza a temperaturas elevadas junto con la estabilidad térmica y química, así como una baja conductividad térmica [3],[4],[5]. Además, estos materiales se han considerado para los bioimplantes [6]. Se han utilizado varios métodos para hacer crecer el TiAlN no sólo como monocapa sino también como recubrimientos multicapa, como la deposición física de vapor multiarco [7], la deposición por láser pulsado [8], el recubrimiento iónico [9], entre otros.

El sputtering de magnetrón es un método muy útil para producir diferentes tipos de recubrimientos, incluido el TiAlN. Sin embargo, con el fin de mejorar la eficiencia del proceso de recubrimiento, se han llevado a cabo varias modificaciones en esta técnica. Una de las mejoras de la técnica de sputtering es el sputtering magnetrónico triodo (TMS). En comparación con el sputtering magnetrónico de diodos, ofrece una mejora en la tasa de ionización al introducir una rejilla polarizada delante del blanco. Fontana et al. [10], informaron sobre el TiN producido mediante esta técnica.