| dc.contributor | Ardila, Luis Carlos | |
| dc.contributor | Universidad ECCI | |
| dc.creator | Estupiñán Minguí, Fredy Antonio | |
| dc.date | 2021-03-01T15:45:31Z | |
| dc.date | 2021-03-01T15:45:31Z | |
| dc.date | 2020-11-23 | |
| dc.date.accessioned | 2022-09-22T12:37:00Z | |
| dc.date.available | 2022-09-22T12:37:00Z | |
| dc.identifier | https://repositorio.ecci.edu.co/handle/001/886 | |
| dc.identifier.uri | http://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/3423192 | |
| dc.description | En el presente trabajo de grado se estudió el efecto de la adición de silicio en el recubrimiento TiAlCrN a partir de la caracterización microestructural, propiedades mecánicas y desgaste de este depositado sobre sustrato de metal duro K20. Para la obtención de estas películas delgadas se empleó la técnica de deposición en fase vapor (PVD) con magnetrón desbalanceado (cosputtering), utilizando el equipo propiedad de la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá, que cuenta con dos magnetrones y dos fuentes, una de corriente alterna y otra con corriente continua.
Las técnicas de caracterización empleadas durante este trabajo incluyen la microscopia electrónica de barrido (SEM), espectrometría dispersión de energía de rayos X (EDS) y difracción de rayos X (XRD), así como también la técnica de nanoindentación para medidas de dureza y un equipo de desgaste según la norma ASTM B611.
Para estos últimos se adecuo mecánica y electrónicamente la máquina de ensayos de norma ASTM G65 existente en la Universidad ECCI, garantizando repetitividad en los ensayos en cada una de las dos normas. Asimismo, se modificó el equipo teniendo el análisis de películas delgadas, razón por la cual se modifica el peso de la masa por un valor de 1000 g con dimensiones de Ø127mm por una longitud de 10mm, obteniendo así una fuerza sobre la probeta de 37.2N.
En cuanto al depósito, la variación en los parámetros llevó a obtener las mayores durezas con 170 V en la fuente RF del blanco de cromo y 270 V para la fuente DC del blanco de TiAl donde se dispusieron las piezas de silicio y una temperatura de 270 °C.
A nivel microestructural se evidenció que la adición de silicio provocó aumento en el parámetro de red, disminución del tamaño de cristalito y aumento en dureza y módulo elásticos que son razonables debido a la incorporación de silicio en la red del TiAlCrN.
El efecto del silicio sobre las propiedades antes descritas está asociado a la ley de Hall Petch debida al afino de grano; no obstante, en los recubrimientos dicha ley es aplicable siempre que se considere una fase matriz suficientemente dura sumado a intercaras finas que no produzcan ablandamiento. Sin embargo, es necesario evidenciar esto mediante microscopia electrónica de transmisión. Existe otra teoría, que en función de los resultados de este trabajo de grado cobra más validez y es la que relaciona el incremento en la dureza debido al refinamiento microestructural que produce el bloqueo de las bandas de deslizamiento por los límites de grano.
El comportamiento a desgaste es otra propiedad importante a la hora de analizar la integridad de los recubrimientos y sustratos. En primer lugar, con el equipo de desgaste modificado para la norma ASTM B611 se realizaron medidas y validaciones de este a partir de ensayos sobre el sustrato (metal duro K20) las cuales mostraron alta reproducibilidad con promedio de pérdida de masa de 0.7826 g y varianza de 0.0857. Esto indica que el proceso es robusto viéndose poco afectado por factores externos de ruido.
En segundo lugar, se realizaron medidas sobre el recubrimiento bajo las condiciones antes mencionadas. Los resultados de estas medidas muestran una relación directa entre la dureza, el módulo elástico y el desgaste. En este sentido, y como ya se discutió, el silicio genera reducción en el tamaño de cristalito aumentando la dureza y módulo elástico, provocando menores pérdidas de masa y volumen de material. Esto se demostró lo estableciendo las relaciones H/E y H3/E2 en donde su aumento está bien correlacionado con un mejor desempeño de estos materiales frente la resistencia al desgaste | |
| dc.description | TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN 10
2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 13
2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 13
2.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 13
3. OBJETIVOS 14
3.1 OBJETIVO GENERAL 14
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 14
4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 15
4.1 SUSTRATO METAL DURO ISO K20 15
4.2 CONCEPTO Y ESPECIFICACIONES DE LOS RECUBRIMIENTOS 18
4.3 PULVERIZACIÓN CATODICA “SPUTTERING” 19
4.3.1 MÉTODOS DE DEPOSICIÓN EMPLEANDO PULVERIZACIÓN CATÓDICA 20
4.3.1.1 DC Sputtering por Diodo (Planar) 20
4.3.1.2 DC Magnetron Sputtering 20
4.3.1.3 DC Magnetron Sputtering Unbalanced 21
4.3.1.4 DC Magnetron Sputtering Pulsed 21
4.3.1.5 Sputtering RF 21
4.3.1.6 Sputtering AC 22
4.3.2 SPUTTERING REACTIVO 22
4.3.3 VARIABLES DURANTE EL PROCESO DE SPUTTERING 23
4.3.3.1 Temperatura 23
4.3.3.2 Potencia 23
4.3.3.3 Presión 24
4.3.3.4 Voltaje de Polarización 24
4.3.4 CRECIMIENTO DE PELÍCULAS POR SPUTTERING 25
4.3.4.1 Condensación y Nucleación 25
4.3.4.2 Crecimiento de Núcleos 26
4.3.4.3 Formación de Interface 27
4.3.4.4 Crecimiento de Recubrimientos 27
4.4 RECUBRIMIENTOS BASADOS EN NITRUROS 28
4.4.1 NITRURO DE TITANIO (TiN) 28
4.4.2 NITRURO DE CROMO (CrN) 29
4.4.3 NITRURO DE ALUMINIO TITANIO (AlTiN) 30
4.4.4 NITRURO DE TITANIO SILICIO (TiSiN) 31
4.4.5 NITRURO DE ALUMINIO CROMO (AlCrN) 32
4.4.6 NITRURO DE CROMO TITANIO ALUMINIO SILICIO (CrTiAlSiN) 33
5. TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN 35
5.1 MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) 35
5.2 ESPECTROMETRÍA DISPERSIÓN DE ENERGÍA DE RAYOS X (EDS) 37
5.3 DIFRACCIÓN DE RAYOS X (XRD) 38
5.4 DUREZA – NANOINDENTACIÓN 39
5.5 ENSAYOS DE DESGASTE (ASTM B611) 41
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 42
6.1 DEPÓSITO DE RECUBRIMIENTOS 42
6.2 MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) Y ESPECTROMETRÍA DISPERSIÓN DE ENERGÍA DE RAYOS X (EDS) 44
6.3 DIFRACCIÓN DE RAYOS X (XRD) 47
6.4 DUREZA 49
6.5 ENSAYOS DE DESGASTE (ASTM B611) 51
6.5.1 PUESTA A PUNTO MÁQUINA ENSAYOS ASTM B611 51
6.5.2 PREPARACIÓN DEL COMPONENTE ABRASIVO PARA ASTM B611 58
6.5.3 PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS PARA ASTM B611 59
6.5.4 RESULTADOS ENSAYOS DESGASTE EN PROBETAS K20. 60
6.5.5 RESULTADOS ENSAYOS DESGASTE EN RECUBRIMIENTOS 62
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 69
8. BIBLIOGRAFIA 71 | |
| dc.description | Maestría | |
| dc.description | Maestría en Ingeniería | |
| dc.format | 77 p. | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.language | spa | |
| dc.publisher | Posgrado | |
| dc.publisher | Magíster en Ingeniero en | |
| dc.rights | Derechos Reservados - Universidad ECCI, 2020 | |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | |
| dc.subject | Caracterización Microestructural | |
| dc.subject | Propiedades mecánicas | |
| dc.subject | Metal Duro K20 | |
| dc.subject | Recubrimiento CrTiAlSiN | |
| dc.title | Caracterización Microestructural del Recubrimiento CrTiAlSiN Depositado Sobre Metal Duro K20 Mediante Sistema de Cosputtering. | |
| dc.type | Trabajo de grado - Maestría | |
| dc.type | http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc | |
| dc.type | Text | |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/updatedVersion | |
