Study of Concentration-depth Profiles of the Titanium and Nitrogen Ions by SRIM/TRIM Simulation

Estudio de perfiles de concentración por profundidad de iones de titanio y nitrógeno por medio del softwareSRIM/TRIM

En este trabajo se obtuvieron perfiles de concentración por profundidad de partículas de titanio y nitrógeno implantadas, en la superficie de un acero al carbono AISI/SAE 1020, por medio de la técnica de implantación iónica tridimensional. Las partículas fueron ionizadas por medio de descargas pulsadas de alto voltaje y de arco eléctrico a bajas presiones. La distribución de posición y concentración de las especies metálicas y no metálicas son adquiridas mediante un programa informático que analiza la interacción y el transporte de iones en la materia. La dosis de los iones implantados se calcula teóricamente a partir de los parámetros experimentales y los datos adquiridos de las descargas durante el proceso de modificación superficial. Los perfiles de profundidad demostraron que los iones de titanio y nitrógeno pueden llegar a implantarse a una profundidad de 300 Å y 600 Å, y conseguir concentraciones de hasta 1,478 x 10¹⁶ ions⁄cm² y 2,127 x 10¹⁶ ions⁄cm², respectivamente. La formación de microgotas de titanio sobre la superficie del material implantado fue identificada mediante micrografías obtenidas por microscopia electrónica de barrido; además, la presencia de titanio y nitrógeno implantado en la superficie de los substratos fue verificada mediante el análisis de composición elemental por espectroscopia de energía dispersa, validando el efecto de la implantación iónica sobre aleaciones ferrosas.

Introducción

La modificación superficial mediante tecnologías de implantación iónica por plasma es un método alternativo para mejorar las propiedades físico-químicas de los materiales metálicos como la dureza superficial, el desgaste y la resistencia a la corrosión. Se basa en el bombardeo de iones sobre un blanco para enriquecer la superficie sólida generando películas y produciendo modificaciones y defectos dentro de la red cristalina del material sin cambios considerables en sus propiedades internas ni en sus dimensiones. La implantación por haz de iones (IBI), la implantación de iones por inmersión en plasma (PIII) y la implantación de iones por fuente de plasma (PSII) son algunas de las técnicas de plasma ampliamente estudiadas en el desarrollo de la ciencia y la ingeniería de la superficie de los materiales.

En efecto, tal mejora de las propiedades físicas y químicas en los materiales metálicos se debe a los avances en los procesos, procedimientos, equipos entre otros factores tecnológicos que intervienen en el desarrollo y fabricación de nuevos materiales. Además de esto, es de gran importancia dedicar una atención al desarrollo de la simulación computacional ya que se ha convertido en una herramienta indispensable para el estudio y comprensión de los materiales, específicamente cuando se estudia la colisión del ion con los átomos que conforman un sólido metálico y su efecto al penetrar en la red cristalina.