Producción y caracterización de recubrimientos de metales con nanocompuestos de alta dureza basados en carbón

Abstract

En este trabajo, reportamos la producción experimental de recubrimientos mediante películas delgadas basadas en Carbón, como carbón amorfo, carbón tipo diamante (DLC) y carbón tipo diamante con partículas metálicas (Me-DLC). Los recubrimientos producidos están formados por una capa que brinde una mejor adherencia (titanio, cromo, tántalo) y una capa del material basado en carbón. Todas las películas han sido producidas por la técnica magneto- evaporación iónica reactiva por radiofrecuencia La composición química y estructura cristalina de los materiales fueron analizadas por espectroscopia de electrones Auger, espectroscopia Raman en el rango de 400-2000 y por difracción de rayos X. La caracterización mecánica fue realizado por micro indentacion Vickers; la medida de las indentaciones se han hecho usando el indentador Bueller y por microscopia SEM. El espesor de las películas delgadas están en el rango de (600nm-700nm), La concentración de enlace varía de (20%-40%) según los parámetros utilizados. Para los recubrimientos tipo Me-DLC, los espectros Auger muestran la presencia de partículas metálicas en dicha superficie cuya concentración varía de acuerdo a la cantidad de acetileno utilizado, asimismo los espectros de rayos X muestran la presencia de carburos metálicos en el recubrimiento. Se obtuvieron parámetros óptimos de producción para los recubrimientos de Ti-DLC. Los recubrimientos de Ti-DLC tienes concentración de enlace que varía en el rango de (30%-40%)at % con dureza en el rango de (800HV-1380HV), a mayor concentración de enlace mayor dureza; por otra parte, los recubrimientos de Ta- DLC y Cr-DLC tienen concentración de enlace inferior al 30% lo que se traduce en menor alrededor de (800HV-1000HV), sin embargo estos son mayores que las del acero utilizado(700HV-800HV).

In this thesis, we report on the production of thin films coatings based on Carbon, such us amorphous carbon, diamond like- carbon and diamond like- carbon containing metal nano-clusters. The coatings are formed by a layer to improve the adherence and a film of carbon based material, all films were made by the reactive radio frequency magnetron sputtering. The chemical composition and crystal structure was determined by Auger electron spectroscopy, Raman spectroscopy in the range of 400- 2000 and X ray diffraction; mechanical characterization was made by Vickers micro indentation, the indentations measurements were made using Bueller indentator and SEM microscopy. The thickness of the thin film are in the range of (600nm-700nm), the concentration of bonding varies from (20% to 40%) according to the parameters used. For Me-DLC coatings, the Auger spectra showed us the presence of metallic particles on their surface which varies according on how much acetylene was used, likewise, the X ray spectra showed us the presence of metallic carbide on the films. The optimum parameter was found for Ti-DLC. Ti-DLC coatings have bonding in the range of (30%-40%) whit hardness in the range of (800HV-1380HV), the high concentration the harder; On the other hand, Ta- DLC and Cr-DLC coatings have bonding concentration lower than 30% that means lower hardness about (800HV-1000HV) but it is still better than the metal we used (700HV-800HV).