Investigación

 

Caracterización superficial y nano estructural de nano multicapas Cr/CrN obtenidas por UBM con diferentes grados de desbalance

 

U. Piratoba^a, J. Arenas-Alatorre^b y J. J. Olaya^c

 

^a Escuela de Física U. Pedagógica y Tecnológica de Colombia y Departamento de Física, U. Nacional de Colombia, e-mail: ulisesp3@hotmail.com

^b Instituto de Física, U. Nacional Autónoma de México UNAM- México DF, México.

^c Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, U. Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.

 

Recibido el 22 de noviembre de 2011
Aceptado el 23 de octubre de 2012

 

Resumen

Recubrimientos de 25 bicapas de Cr/CrN con espesores totales entre 1.32 y 1.67 micras, se depositaron por sputtering reactivo sobre silicio y sobre acero H13, en atmósferas de argón y argón mas nitrógeno. Se usó una potencia de 160 watts, flujos de argón y nitrógeno de 9 y 3 sccm respectivamente, y un magnetrón axial desbalanceado, cuyo coeficiente geométrico de desbalance K_G [1] se varió entre 0.85 y 1.37. De estos recubrimientos se obtuvieron micrografías de sección superficial y transversal con microscopía electrónica de barrido SEM, se les hizo una caracterización micro estructural con difracción de rayos X XRD, una caracterización nano estructural con microscopía electrónica de transmisión TEM y superficial con microscopía de fuerza atómica AFM en modo contacto intermitente, análisis que mostraron recubrimientos de superficies uniformes con formaciones globulares y piramidales, que contienen algunas inclusiones granulares y cráteres microscópicos. Con el aumento en el desbalance del campo magnético, se incrementaron el tamaño de grano, la rugosidad y la velocidad de crecimiento de los recubrimientos.

Descriptores: Cr/CrN; multicapas; pulverización; AFM contacto intermitente; recubrimientos duros.

 

Abstract

Coatings of 25 bilayers of Cr/CrN, with total thickness between 1.32 and 1.67 microns, were deposited by reactive sputtering on silicon and H13 steel, in argon and argon with nitrogen atmospheres. A power of 160 watts, flows of argon and nitrogen of 9 and 3 sccm respectively, and an axial unbalanced magnetron, whose coefficient of geometrical unbalance K_G [1] was varied between 0.85 and 1.37. Of these coatings, micrographs of surface and cross section scanning electron microscopy SEM were obtained, was make a micro structural characterization with X-Ray Diffraction XRD, a nano structural characterization by transmission electron microscopy TEM, and surface characterization by atomic force microscopy AFM in tapping mode; analysis showed uniform surface coating with globular and pyramidal formations, which contain some granular inclusions and microscopic craters. With the increase in the unbalance of the magnetic field, the grain size, the roughness and the speed of the coatings growth were increased.

Keywords: Cr/CrN; multilayers; sputtering; AFM tapping mode; hard coatings.

 

PACS: 61.46.Df; 81.07.-b; 79.20.Rf

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Agradecimientos

Los autores expresan su agradecimiento al Ing. Mario Monroy Escamilla, al Físico Roberto Hernández Reyes y demás personal del Instituto de Física de la Universidad Autónoma de México, por su ayuda técnica; igualmente agradecen la financiación de Colciencias a través del proyecto CT-206-2006.

 

Referencias

1. I. V. Svadkovski, D. A. Golosov y S. M. Zavatskiy, Vacuum 68 (2003) 283.         [ Links ]

2. H.N. Shah, R Jayaganthan y A. C. Pandey, Materials and Design 32 (2011)2628.         [ Links ]

3. M. Bao et al., Thin Solid Films 517 (2009) 4938.         [ Links ]

4. D. M. Marulanda, J. J. Olaya, U. Piratoba, A. Mariño y E. Camps, Thin Solid Films 519 (2011) 1886.         [ Links ]

5. B. Warcholinsky et al., Surf. Coat. Technol. 204 (2010) 2289.         [ Links ]

6. C. Liu, Q. Bi, y A. Matthews, Corrosion Science 43 (2001) 1953.         [ Links ]

7. J. J. Olaya, U. Piratoba y S. E. Rodil, Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales 31 (2011) 44.         [ Links ]

8. M. I. Lembke D. B. Lewis, W. D. Munz, Surf. Coat. Technol. 200 (2005), 208.         [ Links ]

9. P. Hones et al., Surf. Coat. Technol. 125 (2000), 179.         [ Links ]

10. S. Han et al., Surf Coat. Technol. 133-134 (2000) 460.         [ Links ]

11. P.H. Mayrhofer et al., Surf Coat. Technol. 142-144 (2001) 78.         [ Links ]

12. M. A. Djouadi et al., Surf. Coat. Technol. 133-134 (2000) 478.         [ Links ]

13. S. Han et al., Thin Solid Films 377-378 (2000) 578.         [ Links ]

14. W. Aperador, C. Ramírez y J. Bautista, Rev Mex. Fis. 57 (2011) 350.         [ Links ]

15. M.Cekada et al., Surf. Coat. Technol. 151-152 (2002)31.         [ Links ]

16. H. Biederman et al., Vacuum 52 (1999) 415-420        [ Links ]

17. S. E. Rodil et al., Surf. Coat. Technol. 201 (2007) 6117-6121        [ Links ]

18. J. J. Olaya et al., Surf. Coat. Technol. 201 (2007)6117-6121.         [ Links ]

19. N. I. Klevets, J. of Magnetism and Magnetic Materials 306 (2006) 281-291        [ Links ]

20. L. Han, Y. Q. Zhao, and Y. W. Wang, Vacuum 83 (2009) 1317-1320        [ Links ]

21. D. Jiles, Introduction to magnetism and Magnetic Materials, 2a ed. (Edit Taylor & Francis).         [ Links ]

22. H. Y. Xie, Appl. Surf. Sci. 252(2005) 372        [ Links ]

23. S. Lin, C.Liauh, W. Wang y S. Ho, Int. J. of Solid and Structures 44 (2007) 799.         [ Links ]

24. E. Thormann, T. Pettersson, J. Kettle y P. M. Claesson, Ultramicroscopy 110 (2010) 313.         [ Links ]

25. J. J. Olaya, D. M. Marulanda, S. E. Rodil y B. Bhushan, Rev. Mex Fis. 55 (2009) 425.         [ Links ]

26. S. E. Rodil and J. J. Olaya, Journal of Physics: Condensed Matter 18 (2006) S1703.         [ Links ]