Análisis estructural, químico y tribológico de recubrimiento de CrN depositados sobre aceros de uso industrial con la técnica de pulverización catódica reactiva

• Autores: C. Cuéllar, F. Sequeda, Alexander Ruden, J. Restrepo
• Localización: El Hombre y La Máquina, ISSN-e 0121-0777, Nº. 32 (Junio), 2009, pág. 132
• Idioma: español
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    Recubrimientos de nitruro de cromo (CrN) fueron depositados por la técnica de Magnetrón Sputtering Reactivo sobre sustratos de Si (100) y acero AISI H13 con temperatura de sustrato de 200 °C, sintetizadas a partir de un blanco de Cr ( 99.9% puro).

    La composición y propiedades estructurales de las películas fueron estudiadas como función del flujo de nitrógeno en el reactor a través de las técnicas de XRD, EDS, Espectroscopía de Energía Dispersiva (EDX), Espectroscopía Raman y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM).

    Se investigaron las propiedades tribológicas del sistema recubrimiento-sustrato (CrN/AISI H13) por medio de la técnica de Pin on disk, utilizando como pares tribológicos bolas de 100Cr6 y Alúmina y midiendo la huella de desgaste en un profilómetro.

    Los análisis de XRD muestran la presencia de la fase cúbica del CrN únicamente en sus típicas orientaciones. Las micrografías de SEM señalan espesores en el rango de 1 a 2 micras y muestran películas de alta densidad. Los análisis de EDS presentan un aumento del contenido atómico del nitrógeno en las películas con el flujo y relaciones estequiométricas de N/Cr desde 0.52 a 0.89. A través de los ensayos de pin on disk puede observarse que el valor promedio de los coeficientes de fricción es de 0.8 y hay un aumento importante en la resistencia al desgaste para los aceros recubiertos.

  • English

    Chromium nitride thin films have been deposited on H-13 tool steel substrates by DC-Reactive magnetron sputtering. The influence of process parameters (mainly the Ar/N2 ratio) on film properties has been investigated.

    The characterization of the coatings was performed by X-ray diffraction (XRD), Raman Spectroscopy (RS), nano-indentation and pin-on disk experiments.

    This study allows us to analyze the influence of the change of N2 flow rate in crystal phases, crystal orientation/ texture and crystallite size. XRD reveals that an increase of N2 flow in the working atmosphere produces changes from a hexagonal Cr2N to cubic CrN microstructure with strong (111) orientation. These polymorphic changes are also corroborated through RS spectra obtained. The strain in CrNx crystals increases with nitrogen content (Cr/N ratio varied from 0.52 to 0.89), which means that high stresses are present. The hardness and Young�s modulus of films with dominant CrN phase increases with the increase of nitrogen flow during deposition.

    Wear test showed an increase in wear resistance up to 44% for films with highest N2 concentration, as compared with uncoated H-13 samples.