Resistencia a la corrosión y al desgaste de recubrimientos nanoestructurados de Zirconia (ZrO2) – Plata (Ag) y/o Alúmina (Al2O3) obtenidos con técnica de “Sputtering” reactivo con magnetrón desbalanceado

Abstract

In this work, the effect of doping materials (alumina and / or silver) on the corrosion and wear resistance properties of zirconia nanostructured coatings stabilized with yttria was evaluated. Substrates of 316L steel, glass and monocrystalline silicon (100) were coated by the RF technique "sputtering", with unbalanced magnetron. To obtain the coatings, a zirconia target stabilized with yttria (YSZ) 8%m and geometrically homogeneous metal pieces of aluminum and silver were used. The YSZ ceramic coatings and the ceramic-metal coatings (YSZ + Ag) were obtained with the RF-sputtering process not reactive with argon atmosphere; while the ceramic coatings (YSZ + Al2O3) were obtained from the YSZ ceramic white and metallic aluminum pieces by means of the reactive RF-sputtering process, for which an Ar / O2 mixture in relation 80/20 was added. The chemical composition of the coatings was changed by modifying the amount of pieces of dopant metal material. The chemical composition of the coatings was determined using the EDS and XPS techniques, the microstructure with the XRD technique, the corrosion was determined with EIS and Tafel electrochemical techniques and finally the mechanical properties were determined with nanoindentation, scratch and pin on disk. With the EDS technique, variations in the chemical composition of aluminum were found from 1.6%w to 5.6%w, and variations in the chemical composition of silver from 9.5%w to 61%w. All the coatings presented good resistance to corrosion. Based on the results of hardness (H) and modulus of elasticity (E), the H3/E2 ratio was established, which shows a better wear resistance behavior for YSZ coatings doped with a high content of Al2O3. The coatings doped with Al2O3 showed adhesive wear, while the coatings doped with Ag showed erosive wear.

En este trabajo se evaluó el efecto de los materiales dopantes (alúmina y/o plata) en las propiedades de resistencia a la corrosión y el desgaste de recubrimientos nanoestructurados de zirconia estabilizada con itria. Se recubrieron sustratos de acero 316L, vidrio y silicio monocristalino (100), mediante la ténica de RF-“sputtering”, con magnetrón desbalanceado. Para obtener los recubrimientos se utilizó un blanco de zirconia estabilizada con itria (YSZ) 8%m y trozos metálicos, geométricamente homogéneos, de aluminio y de plata. Los recubrimientos cerámicos YSZ y los recubrimientos cerámico-metal (YSZ+Ag) se obtuvieron con el proceso de RF-sputtering, con magnetrón desbalanceado, no reactivo con atmósfera de argón; mientras que los recubrimientos cerámicos (YSZ + Al2O3) se obtuviero a partir del blanco cerámico YSZ y trozos de aluminio metálico mediante el proceso RF-sputteringn reactivo, con magnetrón desbalanceado, para lo cual se adicionó una mezcla Ar/O2 en relación 80/20. Se varió la composición química de los recubrimientos al modificar la cantidad de trozos de material metálico dopante. Se determinó la composición química de los recubrimientos mediante las técnicas EDS y XPS, la microestructura con la técnica XRD, la corrosión fue determinada con técnicas electroquímicas EIS y Tafel y por último las propiedades mecánicas fueron determinadas con técnicas de nanoindentación, rayado (scratch) y “pin on disk” según norma ASTM G99. Con la técnica EDS, se encontraron variaciones de la composición química del aluminio desde 1,6%w hasta 5,6%w, y variaciones de la composición química de la plata desde 9,5%w hasta 61%w. Todos los recubrimientos presentaron buena resistencia a la corrosión. Con base en los resultados de dureza (H) y modulo de elasticidad (E), se estableció la relación H3/E2 con la cual se evidencia un mejor comportamiento de resistencia al desgaste para los recubrimientos YSZ dopados con alto contendio de Al2O3. Los recubrimientos dopados con Al2O3 mostraron desgaste ahesivo, mientras que los recubrimientos dopados con Ag mostraron desgaste erosivo.