Characterization of duplex hard coatings with additional ion implantation

Caracterización de revestimientos duros dúplex con implantación iónica adicional

En este trabajo se presentan los resultados de un estudio de películas delgadas de TiN depositadas mediante deposición física en fase vapor (PVD) y deposición asistida por haz de iones (IBAD). En la presente investigación, la implantación iónica posterior se realizó con iones N+2. La implantación iónica se aplicó para mejorar las propiedades mecánicas de la superficie. El proceso de deposición de películas finas ejerce una serie de efectos como la orientación cristalográfica, la morfología, la topografía y la densificación de las películas. La evolución de la microestructura desde granos porosos y columnares a granos densamente empaquetados va acompañada de cambios en las propiedades mecánicas y físicas. Para la caracterización se utilizaron diversas técnicas analíticas, como la prueba de rayado, la prueba de calo, la microscopía electrónica de barrido (SEM), el microscopio de fuerza atómica (AFM), la difracción de rayos X (XRD) y el análisis de rayos X de energía dispersiva (EDAX).

INTRODUCCIÓN

Las diversas técnicas de deposición de recubrimientos y los parámetros del proceso difieren ampliamente en morfología y microestructura, en fases, tamaño de grano, textura, defectos, contenido de impurezas, estado de tensión y sus propiedades mecánicas y tribológicas.

El bombardeo iónico durante el depósito físico en fase vapor (IBAD) tiene más parámetros independientes que la técnica clásica basada en plasma (PVD). El proceso de deposición de fi lmas ejerce una serie de efectos como la orientación cristalográfica, la morfología, la topografía y la densificación de las películas [1].

Sin embargo, la adherencia, estructura y durabilidad de los recubrimientos sobre diversos sustratos pueden mejorarse sustancialmente irradiando los sustratos y la fi lma de condensación con iones y neutros energéticos en el rango de energía de varios electronvoltios [2]. Uno de los revestimientos físicos depositados por vapor más utilizados para componentes de ingeniería es el TiN.

La fuerza de adhesión transmite las cargas superficiales al componente y absorbe las tensiones que surgen debido a las diferentes propiedades del recubrimiento y el sustrato. Las capas nitruradas son una cuestión clave en el procesamiento de recubrimientos dúplex [3]. El IBAD puede utilizarse para controlar la orientación preferida y las propiedades de la película de TiN. IBAD tiene más parámetros independientes que una técnica PVD y es posible estudiar el efecto de los parámetros de deposición en la estructura de las películas crecidas.

El rendimiento tribológico de un componente se rige por su diseño, el entorno, las condiciones de contacto y los materiales que lo componen [4]. La fuerza de adhesión transmite las cargas superficiales al componente y absorbe las tensiones que surgen debido a las diferentes propiedades del revestimiento y el sustrato.