Elaboración y estudio de recubrimientos modulados de alta adhesión por flujos plásmicos
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Date
2024-05-10
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
La elaboración de los recubrimientos y la formación de la interfaz se han convertido en las últimas décadas en un área de investigación cada vez más importante en la física de superficies aplicada y en las interacciones materia-sólido.
Uno de los problemas más demandados y relevantes en la industria para el caso de los recubrimientos de endurecimiento superficial es la creación de una unión fiable entre el sustrato y la película sólida, esto es debido a que sus propiedades físicas y mecánicas son muy diferentes. Los recubrimientos pueden producirse mediante diversos procesos (CVD, PVD, PLD, ALD, Spraying entre otros), pero recientemente los métodos de alta productividad de evaporación de arco al vacío se han vuelto cada vez más comunes en la industria.
En este trabajo se presenta la creación de nanoestructuras moduladas artificialmente con dureza aumentada utilizando la evaporación por arco de vacío cuya formación de la interfaz del recubrimiento se basa en los procesos de implantación del material evaporado del cátodo en el sustrato y no en la difusión térmica. Esto fue posible sobre la base de la implementación de la tecnología de implantación de altas dosis de iones obtenidos de un plasma con energías de 10-30[keV] mediante el equipo JUPITER (Joint Universal Plasma and Ion Technologies Experimental Reactor) en un entorno de vapor de metal.
Los estudios experimentales permitieron estimar la componente, la composición iónica y energética del vapor del material generado por el evaporador de arco de vacío, lo cual se convirtió en la base fundamental para la simulación computacional de la implantación de este flujo en el sustrato. La modelización mostró que es posible obtener la formación de interfaz extendida con un decaimiento monótono de la concentración del material incrustado y en el caso de dos o más componentes presentes en el flujo se cumplen las condiciones para crear un perfil no monótono, es decir, es posible crear un modelo de interfaz tipo "bloqueo".
Se han obtenido experimentalmente diferentes tipos de interfaz a partir de cátodos de titanio. Mediante métodos de diagnóstico de superficie y microscopía de transmisión, se confirma la formación del tipo de interfaz extendida "entrelazada", con anchos de 15 a 50 [nm], varias veces mayor que los obtenidos por métodos estándar.
Se estudió el proceso de deposición reactiva de nitruros para el evaporador con cátodo de titanio, y a partir de estos estudios, se obtuvieron recubrimientos sólidos y modulados artificialmente. Finalmente, basándonos en los resultados de este trabajo, se han elaborado recomendaciones para la aplicación de este método en equipos industriales, con un volumen de datos adecuado para la elaboración de artículos científicos, y se está considerando la posibilidad de presentar una solicitud de patente.
Description
Keywords
Implantación iónica, Plasma, Recubrimiento, Interfaz