Síntesis y caracterización de películas delgadas de Reb2 en Co-deposición con Ti mediante la técnica Magentrón Sputtering
Fecha
2023
Autores
Ruiz Daza, Carolina Rocío
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
Using the reactive magnetron sputtering technique, Rhenium Boride films in co-deposition with Titanium were grown on steel substrates at 100°C. To improve the adhesion of the coating a stack of twelve Ti/TiN bilayers was grown using a reactive atmosphere of argon and nitrogen with a ratio Ar/N2=40/1.4 sccm meanwhile, radio frequency power, negative bias voltage, working pressure, and temperature of 100°C were fixed in the experiments to produce the (ReB2):Ti. A design of experiments with a fraction-factorial style was made with four inputs and two outputs with 3 different levels. A matrix of procedures was defined for a total of 9 experiments. The titanium target was powered with 30 and 60 watts during the co-deposition with ReB2 to evaluate the content of titanium at different ratios. Structural and compositional measurements were carried out using SEM, XRD, and XPS to confirm the formation of (ReB2):Ti and AFM analysis to measure the thickness and observe the morphology of samples. Furthermore, mechanical properties were measured with nano hardness equipment, showing that the addition of titanium to ReB2 coating has a significant improvement on the chemical stability of ReB2 on steel and preserves mechanical properties of hardness and high Young’s module, which makes the material suitable for applications in the mechanical industry reaching hardness around 20 GPa.
Descripción
En este informe se presentan los detalles del crecimiento de películas de Diboruro de renio en co-deposición con titanio sobre sustratos de acero a una temperatura de 100°C, mediante la técnica magnetrón sputtering. Para mejorar la adherencia de los recubrimientos, un conjunto de películas de Ti/TiN (12 bicapas) fue depositado bajo una atmosfera reactiva de argón y nitrógeno con proporciones Ar/N2=40/1.4 sccm. Otros parámetros del proceso de crecimiento, como la potencia RF del blanco, el voltaje Bias, la presión y temperatura se mantuvieron constantes durante la experimentación. Como estrategia de soporte para la fase experimental, se elaboró un diseño de experimentos tipo factorial fraccionado de 4 entradas y dos salidas a 3 niveles diferentes. Como resultado de este diseño, se obtuvo una matriz de 9 corridas de experimentos. Adicionalmente, se usaron potencias de 30 y 60 watts para el blanco de titanio durante la co-deposición con ReB2 para evaluar el efecto de la adición de titanio en el comportamiento de las películas crecidas. Se desarrollaron caracterizaciones estructurales y composicionales de las películas, con SEM, DRX y XPS para confirmar la microestructura, la estructura cristalina y la formación de (ReB2)Ti. Se usó análisis por AFM para mediciones de espesor y la observación de la morfología de las muestras. Además, las mediciones de dureza en nano durómetro demostraron que la adición de titanio en el recubrimiento de ReB2 , tienen un impacto significativo en la estabilización química del revestimiento del ReB2 sobre acero, conservando sus propiedades mecánicas de dureza y módulo de Young, haciéndolo un candidato deseable para aplicaciones en la industria metalmecánica.