Effect of applied bias voltage on corrosion-resistance for TiC1xNx and Ti1xNbxC1yNy coatings

Abstract

Corrosion-resistance behavior of titanium carbon nitride (Ti–C–N) and titanium niobium carbon nitride (Ti–Nb–C–N) coatings deposited onto Si(1 0 0) and AISI 4140 steel substrates via r.f. magnetron sputtering process was analyzed. The coatings in contact with a solution of sodium chloride at 3.5% were studied by Tafel polarization curves and impedance spectroscopy methods (EIS). Variations of the bias voltage were carried out for each series of deposition to observe the influence of this parameter upon the electrochemical properties of the coatings. The introduction of Nb in the ternary Ti–C–N film was evaluated via X-ray diffraction (XRD) analysis. The structure was characterized by using Raman spectroscopy to identify ternary and quaternary compounds. Surface corrosion processes were characterized using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). XRD results show conformation of the quaternary phase, change in the strain of the film, and lattice parameter as the effect of the Nb inclusion. The main Raman bands were assigned to interstitial phases and ‘‘impurities’’ of the coatings. Changes in Raman intensities were attributed to the incorporation of niobium in the Ti–C–N structure and possibly to resonance enhancement. Finally, the corrosion data obtained for Ti–C–N were compared with the results of corrosion tests of Ti–Nb–C–N coating. The results obtained showed that the incorporation of niobium to Ti–C–N coatings led to an increase in the corrosion-resistance. On another hand, an increase in the bias voltage led to a decrease in the corrosion-resistance for both Ti–C–N and Ti–Nb–C–N coatings.

Se analizó el comportamiento de resistencia a la corrosión de recubrimientos de nitruro de carbono titanio (Ti-C-N) y nitruro de carbono titanio niobio (Ti-Nb-C-N) depositados sobre sustratos de Si(1 0 0) y acero AISI 4140 mediante el proceso de sputtering por magnetrón r.f.. Los recubrimientos en contacto con una solución de cloruro sódico al 3,5% se estudiaron mediante curvas de polarización de Tafel y métodos de espectroscopia de impedancia (EIS). Se realizaron variaciones de la tensión de polarización para cada serie de deposición para observar la influencia de este parámetro sobre las propiedades electroquímicas de los recubrimientos. La introducción de Nb en la película ternaria Ti-C-N se evaluó mediante análisis de difracción de rayos X (DRX). La estructura se caracterizó mediante espectroscopia Raman para identificar compuestos ternarios y cuaternarios. Los procesos de corrosión superficial se caracterizaron mediante microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados de DRX muestran la conformación de la fase cuaternaria, el cambio en la deformación de la película y el parámetro de red como efecto de la inclusión de Nb. Las principales bandas Raman se asignaron a fases intersticiales e ''impurezas'' de los recubrimientos. Los cambios en las intensidades Raman se atribuyeron a la incorporación de niobio en la estructura Ti-C-N y posiblemente al aumento de la resonancia. Por último, los datos de corrosión obtenidos para el Ti-C-N se compararon con los resultados de las pruebas de corrosión del recubrimiento Ti-Nb-C-N. Los resultados obtenidos mostraron que la incorporación de niobio a los recubrimientos Ti-C-N conllevaba un aumento de la resistencia a la corrosión. Por otra parte, un aumento de la tensión de polarización provocaba una disminución de la resistencia a la corrosión tanto para los recubrimientos de Ti-C-N como para los de Ti-Nb-C-N.