Investigación

 

Propiedades mecánicas de nitruros metálicos depositados con UBM: tecnología eficiente y ambientalmente limpia

 

J.J. Olaya ª ^* y D.M. Marulanda ª, S.E. Rodil ^b, B. Bhushan ^c

 

ª Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, Universidad Nacional de Colombia.

^b Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México.

^c Nanotribology Laboratory for Information Storage and MEMS/NEMS, Ohio State University.

 

* Corresponding author.
Tel.: +57+1+3165000 ext. 11215,
e–mail: jjolaya@unal.edu.co

 

Recibido el 3 de marzo de 2009
Aceptado el 10 de noviembre de 2009

 

Resumen

El objetivo de esta investigación es estudiar la influencia de la configuración del campo magnético en un sistema de sputtering en las propiedades mecánicas de recubrimientos de CrN, TaN, TiN, NbN y ZrN. Se cuantificaron diferentes configuraciones del campo magnético a través del coeficiente de desbalanceo K_G , que es proporcional al punto de campo cero en el magnetrón. En este trabajo de depositaron películas con dos configuraciones del campo magnético, K_G =1.3 y 0.825. El efecto más importante de la configuración del campo magnético se observó en la dureza de la película. Al depositar sobre acero AISI M2 y acero 304, mejoraron las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste al aumentar el parámetro de energía; los valores de dureza más altos se obtuvieron para las películas de TaN, NbN y ZrN. Otra consecuencia del cambio en el campo magnético fue la variación en los esfuerzos residuales de compresión. La variación más alta se presentó en las películas de TaN mientras que las películas de CrN presentaron la menor concentración de esfuerzos.

Descriptores: Sputtering con magnetrón desbalanceado; CrN; TaN; TiN; NbN; ZrN.

 

Abstract

The aim of this research is to study the influence of the magnetic field configuration in a sputtering system on the mechanical properties of CrN, TaN, TiN, NbN and ZrN coatings. Different magnetic field configurations were quantified through the unbalance coefficient, K_G , which is proportional to the zero field point in the magnetron. In this work, films were deposited in two magnetic field configurations, K_G =1.3 and 0.825. The most important effect of the magnetic field configuration was observed on film hardness. When depositing on AISI M2 and 304 steels, mechanical properties and wear resistance were increased when increasing energy parameter; higher hardness was obtained for TaN, NbN and ZrN films. Another consequence of the change in the magnetic field was compressive residual stress variation. Higher variation was presented on TaN films while CrN films presented lower stress concentration.

Keywords: UnBalanced Magnetron Sputtering; CrN; TaN; TiN; NbN; ZrN.

 

PACS: 45.55+d; 81.40.Pq; 62.20.Qp

 

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Agradecimientos

Los autores agradecen el soporte económico de Colciencias en el proyecto CT–206–2006 y DGAPA–UNAM a través de los proyectos IN100203 y IN100701.

 

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