difraccion rayos x

Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia N.° 54 pp. 32-41. Agosto, 2010

Estudio mediante difracción de rayos X de
las tensiones residuales producidas durante
el depósito de películas delgadas de TiN sobre
sustratos metálicos
Study by X-ray diffraction of the residual stress
produced during deposition of TiN thin films on
metallic substrates
Mónica Monsalve1, Esperanza López1*, Juan Meza2, FabioVargas1
Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales, Universidad de
Antioquia. Grupo GIPIMME, Calle 67 N.º 53–108, Oficina 18-138. Medellín,
Colombia
1*

Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas, Grupo de Ciencia
y Tecnología de los Materiales -CTM, Carrera 80 N.º 65-223, Medellín,
Colombia
2

(Recibido el 27 de agosto de 2009. Aceptado el 12 de abril de 2010)Resumen
En este trabajo se analizó la influencia que tiene el espesor de la película y
el tipo de sustrato en el nivel y tipo de esfuerzos residuales generados en
recubrimientos de TiN obtenidos por dos técnicas de deposición física en
fase vapor: pulverización catódica con magnetrón e implantación iónica.
Los sustratos utilizados fueron un acero inoxidable AISI 304 y un acero
de herramientasAISI M2. Las tensiones residuales, las fases presentes y
la orientación cristalográfica de las películas depositadas fueron obtenidas
mediante análisis de difracción de rayos X por incidencia rasante.
Se encontró que los esfuerzos residuales fueron mayores en las películas
depositadas por la técnica de pulverización catódica con magnetrón que en
las depositadas por la técnica de implantacióniónica. En ambos casos estos
esfuerzos son de compresión y disminuyen en la medida que aumenta el
espesor de la película. Esto se debe a la forma como se entrega la energía, la
capa en crecimiento y el momentum de las partículas ionizadas, lo que influye
directamente en la microestructura y aumento o disminución de los esfuerzos
residuales. En cuanto al tipo de sustrato se obtuvieron esfuerzosmayores en
las películas depositadas sobre el acero AISI 304 que en las depositadas sobre
el acero AISI M2, lo cual se debe posiblemente a que este último acero tiene
un menor coeficiente de expansión térmica.
* Autor de correspondencia: teléfono: + 57 + 4 + 219 85 40, correo electrónico: melopez@udea.edu.co (E. López)

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Estudio mediante difracción de rayos X de las tensionesresiduales producidas durante el depósito...

----- Palabras clave: Tensiones residuales, difracción de rayos x,
nitruro de titanio, películas delgadas
Abstract
The influence of film thickness and the substrate type on the level and type
of residual stresses generated on TiN coatings are analyzed. Two different
physical vapor deposition (PVD) techniques: Magnetron Sputtering and Ion
Plating wereapplied. Two materials were used as substrate: stainless steel
AISI 304 and AISI M2 tool steel. The study of the residual stresses, the
present phases, the crystalline structure and the crystallographic texture of
the deposited films was performed by X-ray diffraction analysis using the
grazing method with a low incidence angle. The results show that the residuals
stresses produced by bothdeposition techniques were of compression and
that their level decreased by increasing the film thickness. Moreover, the
residual stresses were higher in those coatings deposited by Magnetron
sputtering than coatings produced by Ion Platting. The residuals stresses in
the films deposited on the AISI 304 steel were greater than those produced
in AISI M2 steel. This is due to the delivery energymechanism to the layer
growth and momentum of the ionized particles, which directly influence
the microstructure and increase or decrease residual stresses. Regarding the
substrate, residuals stresses were greater on the films produced on AISI 304
steel, than those deposited on the AISI M2 steel, which is possibly due to the
lower coefficient of thermal expansion of M2 steel.
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