Recubrimientos de aluminio-silicio realizados por deposición química de vapor en lecho fluidizado sobre el acero inoxidable AISI 316

Aluminum-Silicon Coatings Made by Chemical Vapor Deposition in Fluidized Bed on Stainless Steel AISI 316

Los recubrimientos de aluminio-silicio fueron depositados sobre el acero inoxidable AISI 316 mediante deposición química de vapor en lecho fluidizado (CVD-FBR), en el rango de temperaturas de 540 a 560 ºC, utilizando un lecho formado por 2,5 g de silicio y 7,5 g de aluminio en polvo, y 90 g de lecho inerte (Alúmina), el cual se hizo fluidizar con Ar. Como gases activadores se usó una mezcla de HCl/H₂, en relaciones de 1/10 a 1/16. Además, se varió el tiempo de deposición de los recubrimientos de 45 minutos a 1.5 horas, con una relación en volumen de 50% de gases activos y 50% de gases neutros. Se realizó una simulación termodinámica con la ayuda del programa informático Thermocalc, para obtener información de la posible composición y cantidad de material depositado, para las condiciones seleccionadas. En los recubrimientos se encuentran FeAl₂Si, Fe₂Al₅ y FeAl₂. Los recubrimientos aluminio-silicio fueron tratados térmicamente, para mejorar sus propiedades mecánicas y su comportamiento frente a la oxidación, por la interdifusión de los elementos de aleación, ya que el tratamiento térmico hace que el aluminio difunda hacia el substrato, y el hierro difunda hacia la superficie del recubrimiento, logrando la transformación de los compuestos anteriores en FeAl, Al₂FeSi, Cr₃Si, AlCrFe y AlFeNi.

I. INTRODUCCIÓN

La deposición química en fase de vapor (Chemical Vapor Deposition -CVD-) consiste en la reacción química de una mezcla de gases precursores en el interior de un reactor, con el fin de depositar un recubrimiento sólido, en forma de capa delgada, sobre la superficie del substrato, y los subproductos de la reacción son evacuados hacia el exterior [1, 2]. En esta técnica se utilizan las reacciones químicas de los gases precursores reactantes, que son activados por calentamiento, plasma y radiación electromagnética, entre otros, para formar una capa sólida y estable. Un aspecto importante de las reacciones en el proceso de CVD es la necesidad de activar los gases precursores para que se produzca la reacción, ya que en condiciones normales de operación, presión y temperatura, la velocidad de reacción suele ser baja, siendo el método empleado en la activación lo que diferencia los distintos tipos de deposición química de vapor, como la activación por temperatura, por plasma y por radiación electromagnética, entre otras; aunque en la mayoría de los casos es necesario una contribución de la temperatura para conseguir la activación total de los reactivos [3].

Por su versatilidad, la deposición química de vapor es un proceso muy versátil que permite diversas aplicaciones, como la deposición de películas metálicas y materiales cerámicos para la protección contra el desgaste, la corrosión y la oxidación a alta temperatura, para su uso en la industria aeronáutica, militar e ingenieril en general; también permite el depósito de capas amorfas, monocristalinas, policristalinas, con propiedades eléctricas especiales que permite su uso como dieléctricos, tal es el caso de los recubrimientos de silicio y germanio, utilizados en microelectrónica y optoelectrónica para la fabricación de dispositivos de conversión de energía ; además, se pueden fabricar fibras cerámicas y compuestos de matriz cerámica, como también materiales nanoestructurados para la industria electrónica y la biotecnología [4, 5].