Resistencia a la corrosión a altas temperaturas de recubrimientos nanoestructurados de (Ti,Cr,Al,Si)N depositados con la técnica de cosputtering

Abstract

La presente investigación tiene como objetivo la síntesis y caracterización de recubrimientos cuaternarios y quinarios del tipo (Ti,Cr,Al)N y (Ti,Cr,Al,Si)N variando la concentración de silicio en el sistema mediante el uso de la técnica de sputtering HiPIMS. Los recubrimientos son depositados con espesores aproximados de entre 800 y 1000 nm. Los recubrimientos fueron depositados sobre dos sustratos diferentes de acero 316L y metal duro K20. Una vez depositados los recubrimientos, se midió su composición elemental mediante el uso de fluorescencia de rayos X (XRF), se obtuvo un patrón de difracción mediante difracción de rayos X (XRD) y se realizó un análisis superficial mediante el uso de microscopía electrónica de barrido (SEM) y una medición de rugosidad mediante microscopía de fuerza atómica (AFM). Una vez caracterizados los recubrimientos, se realizaron ensayos de corrosión cíclica a 800°C durante 8 horas y de corrosión isotérmica a 600 °C durante cien ciclos. Cada ciclo consta de una hora de enfriamiento y una hora de calentamiento. Durante estas pruebas se realizó un análisis de ganancia de masa y, posteriormente, se realizó una caracterización superficial mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), un análisis microestructural mediante difracción de rayos X (XRD) y un análisis de rugosidad mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) para interpretar los resultados obtenidos en la variación de masa. Finalmente, se observó que los recubrimientos depositados presentan comportamiento como barrera térmica protectora a los sustratos, un comportamiento no esperado del metal duro K20, y que el silicio mejora las propiedades de resistencia de corrosión a altas temperaturas respecto al sistema cuaternario. (Texto tomado de la fuente)

The following investigation seeks to synthetize an characterize quaternary and quinary coatings such as (Ti,Cr,Al)N and (Ti,Cr,Al,Si)N with varying silicon compositions in the system by using the HiPIMS sputtering technique. These coatings have a thickness between 800 and 1000 nm. They were deposited on two different substrates of 316L stainless steel and K20 Tungsten carbides. Once the coatings were made, their elemental composition was measured using X-ray fluorescence (XRF), diffraction pattern was obtained using X-ray diffraction (XRD), and a surface analysis was performed using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) to obtain roughness. Once the deposited coatings were characterized, cyclic corrosion tests were performed at 800°C for 8 hours and isothermal corrosion tests at 600°C for one hundred cycles. Each cycle consisted of one hour of cooling and one hour of heating. During these tests a mass gain analysis was performed, then surface characterization was performed by scanning electron microscopy (SEM), microstructural analysis by X-ray diffraction (XRD), and a roughness analysis by atomic force microscopy (AFM) to analyze the results obtained in the mass variation. Finally, it is observed that the deposited coatings behave as a protective thermal barrier to the substrates. This behavior is unexpected from the hard metal K20 Also, it is found that silicon improves the corrosion resistance properties at high temperatures in comparison to the quaternary system.