Influence of TiO2 coating deposited with the atomic layer deposition ALD technique on the properties of Ti13Nb13Zr titanium alloy

Influencia del recubrimiento de TiO2 depositado con la técnica ALD de deposición de capas atómicas sobre las propiedades de la aleación de titanio Ti13Nb13Zr

El artículo presenta la estructura geométrica de la superficie, la dureza y los resultados de los ensayos tribológicos de las capas de TiO₂ obtenidas mediante la técnica ALD. La estructura geométrica de la superficie antes y después de los ensayos tribológicos se evaluó mediante un microscopio confocal con modo de interferometría. Se utilizó una indentación instrumental para medir la nanodureza. Se llevaron a cabo ensayos tribológicos de movimiento alternativo en condiciones de fricción seca y fricción lubricada con saliva artificial y solución salina. Las pruebas mostraron que las muestras de TiO₂ presentaban menor desgaste y mayor dureza.

INTRODUCCIÓN

La técnica de deposición de capas atómicas (ALD) es una de las tecnologías más prometedoras de tratamiento de superficies para materiales de ingeniería. Este método se utiliza para la deposición de recubrimientos de óxido, por ejemplo Al₂O₃, TiO₂, o ZrO₂, así como de metales - Cu, Co, Fe, Ni, y Ag y también de hidroxiapatita [1-3]. Debido a sus propiedades únicas, es decir, una alta resistencia mecánica, alta dureza, resistencia térmica y a la corrosión, y buenas propiedades dieléctricas y aislantes, los recubrimientos ALD se aplican en numerosas ramas de la industria: química, aviación, electrónica y medicina [4-6]. La técnica ALD consiste en depositar capas ultrafinas, de hasta unos pocos nanómetros de espesor, en un proceso estrictamente controlado. El sistema utiliza normalmente dos reactivos precursores gaseosos, que se envían a la cámara en una secuencia alterna de impulsos controlados con precisión. Cualquier cantidad excesiva de precursores sin reaccionar en la cámara de deposición se sopla con un gas inerte - nitrógeno [1,7-8]. Los precursores sólidos, líquidos o gaseosos producen fuertes enlaces químicos que garantizan una adhesión perfecta al sustrato. La temperatura del proceso ALD es de 25 - 500 °C y debe ser lo suficientemente alta para permitir la reacción entre precursores, pero lo suficientemente baja para evitar que se dañe el precursor. Los gases se liberan muy lentamente, de forma secuencial o por impulsos, haciendo que se deposite sobre el sustrato una capa formada por monocapas atómicas. La ventaja del método consiste en un espesor uniforme del recubrimiento en todas las caras y aberturas del elemento sometido a deposición, presentando incluso formas muy complicadas, en la repetibilidad y en la alta productividad del proceso [9].

MATERIALES Y MÉTODOS