Las propiedades estructurales y mecánicas de recubrimientos nanostructurados de CrAlTiN-Si depositados por medio de la pulverización catódica por magnetrón de impulso de alta potencia
Autores: Ordóñez Jiménez, Andrés Felipe; Vanegas, Henry Samir; Moreno, Carlos Mauricio; Olaya, Jhon Jairo; Pineda, Yaneth
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Recubrimientos
Silicio
Mecánico
Propiedades tribológicas
Microestructura
Dureza
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 3
Citaciones: Sin citaciones
Los recubrimientos de CrAlTiN-Si han demostrado su capacidad para prolongar la vida operativa y mejorar el rendimiento de las herramientas de corte, principalmente atribuible a sus excepcionales propiedades mecánicas, térmicas y tribológicas. En consecuencia, esta investigación se centró en la deposición de recubrimientos de CrAlTiN-Si utilizando la técnica de pulverización catódica por magnetrón de impulso de alta potencia (HiPIMS). Se investigaron la composición química, la morfología y la microestructura de estos recubrimientos, así como sus propiedades mecánicas y tribológicas. Los resultados obtenidos revelaron que la incorporación de silicio en la matriz de CrAlTiN influyó significativamente en la composición química, la microestructura y las propiedades mecánicas de los recubrimientos. Específicamente, contenidos de silicio que variaron de 0 a 1.0 at.% llevaron a la formación de una solución sólida cúbica centrada en las caras (fcc) dentro de los recubrimientos, resultando en una reducción del parámetro de red de 0.412 nm a 0.409 nm. Sin embargo, cuando el contenido de silicio alcanzó 1.9 at.%, se observó una fase nanocompuesta que comprendía una solución sólida fcc de CrAlTiSiN y una fase amorfa de SiNx, junto con un aumento en el parámetro de red de 0.409 nm a 0.413 nm. Un análisis de XPS confirmó la presencia de óxidos en todos los recubrimientos, pero solo la muestra con un contenido de silicio de 1.9 at.% mostró la presencia de enlaces Si-N. Además, todos los recubrimientos exhibieron una morfología distintiva tipo coliflor. Las pruebas de nano-dureza demostraron que la incorporación de silicio resultó en recubrimientos con altos valores de nano-dureza, de 20.0 GPa para la muestra sin silicio a 22.2 GPa cuando el contenido de silicio fue de 1.9 at.%. Además, a medida que aumentó el contenido de Si, la presencia de silicio contribuyó a mejoras en la tenacidad y resistencia a la fractura del recubrimiento.
Descripción
Los recubrimientos de CrAlTiN-Si han demostrado su capacidad para prolongar la vida operativa y mejorar el rendimiento de las herramientas de corte, principalmente atribuible a sus excepcionales propiedades mecánicas, térmicas y tribológicas. En consecuencia, esta investigación se centró en la deposición de recubrimientos de CrAlTiN-Si utilizando la técnica de pulverización catódica por magnetrón de impulso de alta potencia (HiPIMS). Se investigaron la composición química, la morfología y la microestructura de estos recubrimientos, así como sus propiedades mecánicas y tribológicas. Los resultados obtenidos revelaron que la incorporación de silicio en la matriz de CrAlTiN influyó significativamente en la composición química, la microestructura y las propiedades mecánicas de los recubrimientos. Específicamente, contenidos de silicio que variaron de 0 a 1.0 at.% llevaron a la formación de una solución sólida cúbica centrada en las caras (fcc) dentro de los recubrimientos, resultando en una reducción del parámetro de red de 0.412 nm a 0.409 nm. Sin embargo, cuando el contenido de silicio alcanzó 1.9 at.%, se observó una fase nanocompuesta que comprendía una solución sólida fcc de CrAlTiSiN y una fase amorfa de SiNx, junto con un aumento en el parámetro de red de 0.409 nm a 0.413 nm. Un análisis de XPS confirmó la presencia de óxidos en todos los recubrimientos, pero solo la muestra con un contenido de silicio de 1.9 at.% mostró la presencia de enlaces Si-N. Además, todos los recubrimientos exhibieron una morfología distintiva tipo coliflor. Las pruebas de nano-dureza demostraron que la incorporación de silicio resultó en recubrimientos con altos valores de nano-dureza, de 20.0 GPa para la muestra sin silicio a 22.2 GPa cuando el contenido de silicio fue de 1.9 at.%. Además, a medida que aumentó el contenido de Si, la presencia de silicio contribuyó a mejoras en la tenacidad y resistencia a la fractura del recubrimiento.