Elaboración y estudio de recubrimientos modulados de alta adhesión por flujos plásmicos

Parada Becerra, Fredy Fabián

Elaboración y estudio de recubrimientos modulados de alta adhesión por flujos plásmicos

dc.contributor.advisor	Dugar-Zhabón, Valeriy
dc.contributor.advisor	Tsygankov, Petr
dc.contributor.author	Parada Becerra, Fredy Fabián
dc.contributor.evaluator	García-Martín, José Miguel
dc.contributor.evaluator	Caicedo Ángulo, Julio César
dc.contributor.evaluator	Mejía Ospino, Enrique
dc.contributor.evaluator	Blanco Vásquez, Sergio Ismael
dc.contributor.evaluator	Quintero Orozco, Jorge Hernán
dc.date.accessioned	2024-05-27T12:48:32Z
dc.date.available	2024-05-27T12:48:32Z
dc.date.created	2024-05-10
dc.date.issued	2024-05-10
dc.description.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.
dc.description.abstractenglish	The elaboration of coatings and the formation of the interface have become in recent decades an increasingly important area of research in applied surface physics and matter-solid interactions. One of the most demanded and relevant problems in the industry in the case of surface hardening coatings is the creation of a reliable bond between the substrate and the solid film, this is because their physical and mechanical properties are very different. Coatings can be produced by various processes (CVD, PVD, PLD, ALD, Spraying among others), but recently high productivity vacuum arc evaporation methods have become increasingly common in the industry. This work presents the creation of artificially modulated nanostructures with increased hardness using vacuum arc evaporation whose formation of the coating interface is based on the implantation processes of the evaporated material from the cathode on the substrate and not on thermal diffusion. This was possible based on the implementation of the technology of implantation of high doses of ions obtained from a plasma with energies of 10-30[keV] using the JUPITER (Joint Universal Plasma and Ion Technologies Experimental Reactor) equipment in an environment of metal vapor. The experimental studies allowed us to estimate the component, ionic and energetic composition of the material vapor generated by the vacuum arc evaporator, which became the fundamental basis for the computational simulation of the implementation of this flow in the substrate. The modeling showed that it is possible to obtain the extended interface formation with a monotonic decay of the concentration of the embedded material and in the case of two or more components present in the flow the conditions are met to create a non-monotonic profile, that is, it is possible to create a "lock" type interface model. Different types of interfaces have been experimentally obtained from titanium cathodes. Using surface diagnostic and transmission microscopy methods, the formation of the extended "entangled" type of interface is confirmed, with widths of 15 to 50 [nm], several times larger than those obtained by standard methods. The reactive deposition process of nitrides was studied for the evaporator with titanium cathode, and from these studies, solid and artificially modulated coatings were obtained. Finally, based on the results of this work, recommendations have been prepared for the application of this method in industrial equipment, with an adequate volume of data for the preparation of scientific articles, and the possibility of filing a patent application is being considered.
dc.description.cvlac	https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001384664
dc.description.degreelevel	Doctorado
dc.description.degreename	Doctor en Física
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/42632
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ciencias
dc.publisher.program	Doctorado en Física
dc.publisher.school	Escuela de Física
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Implantación iónica
dc.subject	Plasma
dc.subject	Recubrimiento
dc.subject	Interfaz
dc.subject.keyword	Ion Implantation
dc.subject.keyword	Plasma
dc.subject.keyword	Coatings
dc.subject.keyword	Interface
dc.title	Elaboración y estudio de recubrimientos modulados de alta adhesión por flujos plásmicos
dc.title.english	Preparation and Study of Coatings Modulated with High Adhesion by Plasma Flows
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado