Depósito de nitruro de titanió mediante plasma reactivo sobre una aleación ternaria de cobre.

Abstract

A pesar de la extensa utilización de cobre puro como conductor eléctrico, sus aleaciones poseen un uso y consumo bastante limitado. Esta limitación proviene en gran medida de las características fisicas que el cobre imparte a sus aleaciones, tales como alta densidad, baja dureza y baja resistencia mecánica, que no obstante sus bondades como la alta conductividad eléctrica, buena resistencia a la corrosión y excelente conductividad térmica, el incremento de su consumo a nivel mundial no crece a la tasa de otros materiales como el aluminio y los plásticos. Siendo Chile un país netamente productor de cobre, surge la necesidad de potenciar un mayor consumo de este material a objeto de contrarrestar su persistente devaluación en el mercado, contrapesando así el sostenido incremento de la producción de cobre en el país, lo que incide directamente en la ley de la oferta y la demanda en el mercado mundial. De entre las aleaciones de cobre de común uso industrial, la que presenta mejores propiedades en todo sentido es la aleación Cu - 2 % Be, pero su elevado costo de unos 37 US$ por kilo restringe su uso a equipos muy especiales. En esta aleación se debe considerar además la gran toxicidad del berilio, de nefasto efecto en la salud de los usuarios. El Departamento de Metalurgia de la Universidad de Conepción ha desarrollado una aleación comústa pór 3% dé titanio, 1% crom re qii se asemeja bastante a las propiedades de la aleación cobre - berilio pero de un costo notablemente inferior (aproximadamente 14 US$ 1 kg) presentando además una alta resistencia a la tracción en su estado laminado y precipitado, alcanzando 900 MPa con una dureza del orden de 35 Rockwell C Considerando las propiedades de la aleación Cu - 3 % Ti - 1 % Cr y pensando en sus aplicaciones industriales de uso masivo como ha sido la fabricación de moldes para procesos de inyección de plástic02, surge la necesidad de potenciar su dureza superficial para aumentar sus propiedades tribológicas y asegurar así un mejor comportamiento en servicio. Por otra parte, las películas delgadas poseen propiedades únicas que no se logran en el seno de los materiales (interferencia óptica, barreras de difusión, propiedades de guía de ondas, etc.) por lo que son ampliamente utilizadas en numerosas aplicaciones en distintas áreas del trabajo humano, algunas de las cuales se presentan en la Tabla N°1. La utilización de recubrimientos finos, sin embargo, es tan antigua como la civilización misma, considerando la existencia de pinturas rupestres que datan de 10.000 a 30.000 años atrás 3 . Mas allá de los limitados progresos que se registraron en la antigüedad, basados en enchapados, baños en metales líquidos y barnices, no fue sino a partir de la revolución industrial que comenzó un desarrollo consistente en el tema, y que marcó un hito importante con el uso de la técnica de electrodeposición a partir de 1840. Mas adelante, en 1887, la producción de las primeras películas delgadas metálicas por evaporación al vacío, hecho atribuido a Nahrwold, dio origen a lo que hoy en día se denominan "Métodos PVD" (Physical Vapor Deposition) 4 . A partir de comienzos del siglo XX se registraron avances en varios frentes: En 1925 se desarrolló el electrodepósito de níquel - cromo, recubrimiento decorativo y protector que sigue vigente hasta la fecha. En 1910 se estableció comercialmente el método de recubrimiento con metales por proyección utilizando una llama de oxiacetileno, la que daría lugar, a mediados de la década de 1950, a la técnica de proyección por plasma'. En forma independiente, a partir de mediados del siglo XX comenzaron las investigaciones tendientes al desarrollo de reactores de fusión nuclear, basadas en el confinamiento magnético de plasma de alta temperatura5 . Estas actividades dieron como resultado un gran avance en el conocimiento de la física de plasma y, como subproducto, de sus aplicaciones tecnológicas. Es así como a partir de la década de 1960 comenzó la utilización industrial de plasmas en procesos de modificación superficial. El principal motor de estas aplicaciones fue inicialmente la producción de circuitos integrados y de diversos elementos de uso en microelectrónica', siendo precisamente la utilización de plasma en los procesos de fabricación a partir de 1963 la que permitió el rápido crecimiento de la industria electrónica en las últimas décadas. En 1966, Mattox introdujo el proceso de "plateado iónico", basado en el uso de plasma incorporado a un método clásico de evaporación 7. Este hecho dio lugar, a partir de 1974, a una rápida integración del plasma a las técnicas PVD, con resultados altamente positivos en lo que respecta a la calidad y variedad de los recubrimientos producidos. Las nuevas técnicas pasaron a denominarse procesos "PVD asistidos por plasma" (PAPVD, Plasma Assisted Physical Vapor Deposition).