Optimizacion del proceso de crecimiento del carbono amorfo tipo diamante (a:C) empleando un arco catodico

Tesis

Resumen *

Un gran numero de investigaciones basadas en tratamientos superficiales estan siendo desarrolladas en el mundo buscando mejorar la respuesta mecanica y tribologica de los aceros. Los recubrimientos de carbono amorfo, en particular aquellos con una importante proporcion de enlaces sp3 (enlaces tipo diamante), son atractivos dado que presentan alta dureza, son quimicamente inertes y poseen bajo coeciente de friccion. Sin embargo, su aplicacion se ha visto limitada por las altas tensiones residuales que generan los metodos de sintesis y por la insuficiente adhesion a la mayoria de los sustratos. Al presente no se tiene unacomprension acabada sobre los procesos fisicos involucrados en el crecimiento de los recubrimientos de carbono que influyen sobre sus propiedades. En el presente trabajo se ha diseñado y montado un equipo de descarga arco para la produccion de peliculas de carbono amorfo. Se incorporo un sistema de filtrado de macroparticulas lineal tipo isla magnetica y se caracterizaron las condiciones de crecimiento optimas para la obtencion de carbono amorfo controlando la temperatura del sustrato. Se emplearon como sustratos silicio monocristalino (100) y acero inoxidable 316L. Al incorporar una intercapa de titanio crecida por arco catodico entre el lm de carbono y el sustrato se encontro una dependencia de la adhesion de los recubrimientos con la estructura cristalina del Ti. La adhesion de los films de carbono amorfo sobre sustratos de acero mejoro notablemente con una intercapa de titanio de estructura hcp y bajas tensiones residuales. Esta intercapa de Ti se obtuvo depositando el film sin filtro de macroparticulas con un espesor de 600 nm.Se desarrollo un metodo experimental para estudiar la estructura de los films de carbono amorfo en funcion de la profundidad mediante una combinacion de tecnicas de caracterizacion. Este metodo se aplico para analizar la influencia de la polarizacion del sustrato en el crecimiento de los recubrimientos de carbono amorfo. Films depositados sin polarizacion presentaron una proporcion de enlaces sp2/sp3 sin grandes variaciones en funcion de la profundidad con valores entre 0.6y 0.2. Los recubrimientos crecidos con un voltaje continuo de -100 V poseian una capa superficial con gran cantidad de enlaces sp2 de un espesor aproximado de 40 nm, y a espesores mayores no se detecto la presencia de enlaces sp2. Films crecidos con polarizacion pulsada de -5 kV resultaron en una estructura inhomogenea, con zonas de alto contenido de enlaces sp3 y zonas con bajo contenido de enlaces sp3.La adhesion y las propiedades mecanicas fueron evaluadas para recubrimientos de carbono amorfo crecidos sin polarizacion y con polarizacion continua de 1 um de espesor sobre una intercapa de Ti de 600 nm. Los films presentaron buena adhesion a sustratos de acero. Los films crecidos con polarizacion continua poseian pequeñas grietas en su superficie, un valor de nanodureza de (7±2) GPa y un coeficiente de friccion de aproximadamente 0.07, no pudiendo evaluarse la tasa de desgaste especifica debido a que fallas internas del film llevaron a una rapida delaminacion del mismo en el ensayo. Los recubrimientos crecidos sin polarizacion presentaron una superficie uniforme, un valor de nanodureza de (10±2) GPa, un coeciente de friccion de aproximadamente 0.26 y una tasa de desgaste especifica de aproximadamente 2x10-5 mm3/Nm. El coeficiente de friccion de los films de carbono resulto mucho menorque el correspondiente al acero y la tasa de desgaste disminuyo a un 30% del valor correspondiente a solo la intercapa de Ti. Se espera obtener una mejora aun mayor en el comportamiento tribologico si se logra aumentar el espesor manteniendo una buena adhesion y cohesion interna. Información suministrada por el agente en SIGEVA