Investigación

Concepción y preparación de un recubrimiento protector en forma de película compósito a base de carburo de titanio

J.A. Montes de Ocaª, J.A. Galavizª, J.R. Vargas-García ^b, Y. LePetitcorps and J.P. Manaud ^c

ª Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada, Unidad Altamira del IPN, Km. 14.5 Carret. Tampico-Puerto Industrial Altamira, 89600 Altamira, Tamps. México.

^b Depto. Ing Metalúrgica, ESIQIE-IPN, UPALM Unidad Zacatenco, Av.IPN S/N, Col Lindavista, 07738 México DF.

^c ICMCB-CNRS, Université BordeauxI 87, Av. du Dr. Schweitzer 33608 Pessac-Cedex, France.

Recibido el 25 de mayo de 2007
Aceptado el 10 de julio de 2007

Resumen

Los nitruros y carburos de metales de transición (p.e. Ti, V, Hf, etc.) son ampliamente conocidos como materiales refractarios debido a su alto punto de fusión, elevada dureza y elevado modulo de Young. Sin embargo, su fragilidad induce una baja resistencia a la fisuración, sobre todo cuando estos materiales se depositan sobre sustratos con un coeficiente de dilatacion térmica muy diferente. En el campo de materiales, diversas técnicas de depósito han sido utilizadas para la síntesis de recubrimientos de nitruro y carburo de titanio. Con el propósito de elaborar un recubrimiento duro, refractario e impermeable para proteger un componente metálico de tungsteno expuesto a un metal líquido agresivo, en este estudio se reporta la concepcion y la preparación de recubrimientos de TiC a 1000°C por CVD, y recubrimientos a base de TiC y de tipo composito Ti₁-_xW_x/TiC_x por evaporación reactiva asistida por plasma a 250 y 500°C, respectivamente. El efecto de diferentes parámetros experimentales fue correlacionado con la estructura cristalina, textura, morfología y composición química de los depósitos. La microestructura, el tamaño del cristal y la morfología de las películas se estudió por medio de difracción de rayos X (DRX), y microscopía electronica de barrido (MEB). La composición química fue determinada por espectroscopia de electrones Auger (EEA) y microsonda de rayos X (EPMA, por sus siglas en inglés). Finalmente, la resistencia a la fisuración fue evaluada después de un tratamiento térmico a 1000°C para el caso de recubrimientos elaborados por evaporación reactiva asistida por plasma.

Descriptores: Películas composito; TiC; recubrimientos protectores; fisuración.

Abstract

Transition metal nitrides and carbides have widely been used as refractory materials due to their high melting point, high hardness and high Young's modulus. However, its fragility induces a low cracking resistance, mainly when these materials are deposited on substrates with a very different thermal expansion coefficient. Several techniques have been widely used for depositing nitride and titanium carbide coatings. In order to obtain a hard refractory coating for protecting a tungsten device exposed to an aggressive liquid metal, in this study we report the design and synthesis of TiC coatings obtained by CVD at 1000°C, and TiC-based coatings and Ti₁-_xW_x/TiC_x composite films obtained by activated reactive evaporation process (ARE) at 250 and 500° C respectively. The effect of different experimental parameters was correlated with crystalline structure, texture, morphology and chemical composition of the deposits. The microstructure, crystal size and morphology of the films were evaluated by x-ray diffraction (XRD) technique and scanning electron microscopy (SEM) respectively. The chemical composition of the films was evaluated by Auger electron spectroscopy (AES) and electron probe microanalysis (EPMA). Finally, cracking behavior of the films prepared by the ARE technique was evaluated by a heat treatment at 1000 °C during 30 min in an He atmosphere.

Keywords: Composite films; TiC-based coatings; protecting coatings; cracking behavior.

PACS: 52.77.Fv; 61.10.Nz; 68.35.Dv; 81.15.Gn

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Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), el Consejo Tamaulipeco de Ciencia y Tecnología (COTACYT) y la Secretaría de Investigación y Posgrado del Instituto Politécnico Nacional (SIP-IPN). Los autores agradecen a E. Sellier y G. Chollon (MEB) y M. Lahaye (EPMA y EEA) por su apoyo para la caracterización de las películas.

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