Structure and mechanical properties of diamond-like carbon (DLC) coatings doped with silicon

Estructura y propiedades mecánicas de recubrimientos de carbono tipo diamante (DLC) dopados con silicio

En este artículo se presenta el estudio de los recubrimientos de carbono tipo diamante dopados con silicio a-C:H:Si preparados mediante deposición química en fase vapor asistida por plasma (PACVD) sobre acero 100Cr6. La morfología superficial y la composición elemental se determinaron mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) / Espectroscopía de Energía Dispersiva (EDS). Las mediciones topográficas de la superficie se realizaron mediante microscopía de fuerza atómica (AFM). La evaluación mediante ensayo de rayado de la influencia de los recubrimientos a-C:H:Si sobre las propiedades mecánicas se basó en las mediciones de la nanodureza y la adherencia al sustrato. Los resultados muestran que los recubrimientos de carbono tipo diamante dopados con silicio a-C:H:Si se caracterizan por una estructura superficial uniforme, una elevada dureza y una buena adherencia al sustrato.

INTRODUCCIÓN

El rendimiento robusto de las piezas de máquinas e instalaciones depende principalmente de los materiales de ingeniería utilizados y de las cargas mecánicas que soportan. En la actualidad, se exigen requisitos especiales a las capas superficiales funcionales, que son responsables del correcto funcionamiento bajo cargas variables. La mayoría de las veces se obtienen en los procesos de deposición de vapor físico o químico (PVD, CVD, respectivamente), normalmente mejorados por plasma. Con el fin de mejorar las propiedades funcionales de los nodos de fricción que operan bajo cargas elevadas, se utilizan cada vez más capas finas de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), denominadas DLC de carbono tipo diamante, que atraen la atención tanto de los investigadores como de la industria. Entre las atractivas propiedades de los recubrimientos de DLC se incluyen un bajo coeficiente de fricción, una elevada resistencia al desgaste, altos valores de dureza, resistencia a la corrosión y estabilidad térmica [1, 2]. Las excelentes características mecánicas, químicas y eléctricas de los recubrimientos de DLC los hacen adecuados para su aplicación en componentes altamente cargados de pares de fricción. Pueden incorporarse a los recubrimientos diversos elementos químicos sin que cambie su carácter amorfo. Metales y no metales como N, Si, F, O, W, Co, V, Mo, Ti y sus combinaciones pueden utilizarse como dopantes.  Los recubrimientos DLC han encontrado aplicaciones en electrónica como películas protectoras para unidades de discos duros magnéticos, matrices de discos compactos (CD) o discos de vídeo digital (DVD), etc. En la industria de la automoción, se utilizan para componentes de motores, interfaces de árbol de levas, pasadores de pistón y elementos de embrague. En medicina, los recubrimientos de DLC se aplican en componentes con superficies en contacto con la sangre, como válvulas, stents, bombas de sangre, implantes en articulaciones de rodilla, cadera y brazo.