Nitruro De Cromo

Tesis de Maestría en Ciencias – Física

A. Ruden

ANALISIS ESTRUCTURAL, SUPERFICIAL Y TRIBOLOGICO DE RECUBRIMIENTOS DE NITRURO DE CROMO (CrN) SINTETIZADO POR MAGNETRON SPUTTERING REACTIVO DC STRUCTURAL, SURFACE AND TRIBOLOGICAL ANALYZED OF CRN THIN FILMS BY REACTIVE MAGNETRÓN SPUTTERING DC

ALEXANDER RUDEN MUÑOZ

Tesis presentada para optar al grado de: Magister en Ciencias – FísicaDIRECTORA: Elizabeth Restrepo Parra Ph.D

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES MAESTRIA EN CIENCIAS – FISICA LABORATORIO DE FISICA DEL PLASMA 2011

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A. Ruden

ANALISIS ESTRUCTURAL, SUPERFICIAL Y TRIBOLOGICO: RECUBRIMIENTOS DE NITRURO DE CROMO (CrN) SINTETIZADO POR MAGNETRON SPUTTERING REACTIVO DC------------------------------------------Alexander Ruden Muñoz

-------------------------------------------Elizabeth Restrepo Parra Ph.D

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES MAESTRIA EN CIENCIAS – FISICA LABORATORIO DE FISICA DEL PLASMA 2011

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AGRADECIMIENTOS
A mi Mamá, Papáy Hermano, por su confianza y en especial por su eterna paciencia. Agradezco profundamente a mi directora de tesis Elisabeth Restrepo Parra Ph.D, por su dirección, comentarios en este trabajo y en especial por su calidad humana. Al Laboratorio de Física del Plasma de la UNAL - Manizales, a sus integrantes y en especial a su director MSc Pedro José Arango Arango. Al Laboratorio de RecubrimientosDuros y Aplicaciones Industriales, al profesor Federico Sequeda Ph.D, por su amistad y ayuda; a sus integrantes, especialmente a los ingenieros Ángel Uriel Paladines y Carlos Julián Cuellar Torres. A la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales por su formación académica.

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RESUMEN
Se sintetizaron recubrimientos duros de CrN, por latécnica de Magnetron Sputtering Reactivo, sobre sustratos de acero AISI 304 y 4140, analizando sus propiedades estructurales, mecánicas, tribológicas y de corrosión, cuando existe variación de la presión de trabajo de 30 y 3 mTorr. A partir de XRD, se observo la formación de la fase FCC y HCP del CrN, en orientaciones preferenciales (111) y (110) respectivamente; se determino la nanodureza delrecubrimiento CrN, sintetizado sobre los sustratos (AISI 304 y 4140) donde muestra valores del orden de los 26 GPa, cuando se realiza el crecimiento a presión de trabajo de 3 mtorr, mientras que la dureza para el sistema depositado a 30 mTorr es de 21 GPa, lo que sugiere que la variable H no depende del sustrato, ya que la nanoindentación no supera el 10% del espesor de capa. Se midieroncoeficientes de fricción, para el CrN – FCC, en ambos aceros y las diferentes presiones (3 y 30 mTorr) con valores medios de 0.646 y 0.852 respectivamente, observando delaminación y fractura de asperezas que por deformación plástica, mostrando una disminución en las tasas de desgaste de los aceros del orden de 1000 y 10000 veces, para las capas delgadas depositadas a 3mTorr y 30 mTorr. Se analizaron lascapas delgadas usando curvas Tafel con electrolito de NaCl al 3.5%p/p, donde se midieron velocidades de corrosión (mpy) de los tratamientos superficiales de CrN al acero AISI 304 a presiones de trabajo de 30 y 3 mTorr calculando disminución en las velocidades de corrosión en un 3127.09% y 18432.05% respectivamente.

Palabras Claves: CrN, Tribología, Sputtering y corrosión

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ABSTRACT
CrN hard coatings were synthesized by reactive magnetron sputtering on AISI 304 and 4140 substrates, analyzing structural, mechanical, tribological and corrosion properties when varying the work pressure from 30 mTorr to 3 mTorr. XRD analysis showed FCC and HCP formation of CrN in (111) and (110) preferential orientations respectively. Nanohardness...