Evaluarea rezistenței la coroziune și eroziune a straturilor multistrat TiNAlTiN
Evaluarea rezistenței la coroziune și eroziune a straturilor multistrat TiN/AlTiN
Willian Aperador 1,2 *, Cesar Amaya 3, Jorge Bautista Ruiz 4
1: Departamentul de Inginerie Mecatronică, Universitatea Militară Nueva Granada, Carrera 11 Nr. 101-80, Fax: +57 (1) 6343200, Bogotá, Columbia.
2: Școala columbiană de inginerie ? Julio Garavito, AK.45 Nr. 205-59 (Autopista Norte), +57 (1) 668 3622, Bogotá, Columbia.
3: Grup de cercetare în dezvoltarea de materiale și produse CDT ASTIN SENA, Cali-Columbia.
4: Departamentul de Fizică, Universitatea Francisco de Paula Santander. Avenida Gran Colombia nr. 12E ? 96. B Colsag. Clădirea Laboratorului. San José de Cúcuta. La nord de Santander. Columbia
Cuvinte cheie: Nitrură de titan aluminiu, coroziune dinamică, coroziune prin eroziune, eroziune, microscopie electronică de scanare.
Evaluarea rezistenței la coroziunea eroziunii multistrat TiN/AlTiN
Filmele subțiri au fost depozitate în TiN/AlTiN multistrat cu perioade de 2, 6, 12 și 24 bi-straturi pe substraturi de oțel AISI 1045, prin sistemul de pulverizare magnetron RF pe țintele Ti și Al (99,99%) în atmosfera Ar/N2. Straturile multiple au fost testate împotriva coroziunii, eroziunii și coroziunii la unghi de 90 ° la impactul cu o soluție de 0,5 M NaCl și siliciu și au analizat efectul numărului de bi-straturi asupra rezistenței la coroziune a acestor acoperiri. Caracterizarea electrochimică a fost realizată prin curbe de polarizare Tafel și micro-structurale prin microscopie electronică cu scanare. Studiul a arătat o coroziune scăzută a coroziunii pe substrat, a scăzut de la 2291,05 mpy la 351,24 mpy cu 2 bi-straturi și 15,01 mpy cu 24 bi-straturi. Aceste rezultate confirmă buna acțiune a bi-straturilor în rezistența la eroziune la coroziune. Din rezultatele microscopiei electronice de scanare se poate confirma efectul protector al acoperirilor pe substrat, precum și numărul crescând de bi-straturi.
Cuvinte cheie: nitrură de titan de aluminiu, dinamica coroziunii, coroziune prin eroziune, eroziune, microscopie electronică cu scanare.
Primit: 21.06.2011; Revizuit: 12.07.2011 Acceptat: 23.08.2011; Publicat: 07-09-2011
1. INTRODUCERE
Eroziunea prin coroziune este o accelerare a vitezei de coroziune a unui metal datorită mișcării relative a unui fluid coroziv pe suprafața unui metal [1], dacă fluidul are și conținut de particule solide în suspensie, efectul eroziv tinde să crească. care provoacă deteriorarea metalelor.
Acoperirile dure au devenit soluția la probleme precum coroziunea și uzura. Tehnica fizică de depunere prin vapori (PVD) este unul dintre cele mai utilizate procese pentru obținerea acoperirilor dure, care include orice proces de creștere a unui film într-un mediu vidat care implică depunerea de atomi sau molecule pe un substrat [2], care constă în de evaporare fizică a materialului care va forma acoperirea și condensarea ulterioară a acestuia pe substrat, acest proces are posibilitatea de a fi aplicat simultan la ansambluri sau piese.
Scopul acestei lucrări a fost studierea naturii electrochimice a acoperirilor multistrat pe baza [TiN/AlTiN] n, pentru a analiza răspunsul lor chimic în medii agresive, fenomenul de eroziune și sinergismul coroziune-eroziune. Acest studiu va permite colectarea de informații suficiente cu privire la acoperirile TiN/AlTiN, pentru a determina influența numărului de straturi bilaterale asupra comportamentului menționat anterior.
2. PARTEA EXPERIMENTALĂ
[TiN/AlTiN] n multistraturi au fost depuse pe suporturi de oțel AISI 1045 (diametru 2 cm; grosime 4 mm) și Si (orientare 100; latură 1,7 cm; grosime 280 microni), care au fost curățate cu ultrasunete, într-o secvență de 15 minute. într-o baie de etanol și acetonă. Acoperirile au fost obținute utilizând tehnica de pulverizare cu magnetron multi-țintă la r.f (13,56 MHz) în fabrica pilot CDT ASTIN, SENA Regional Valle (Columbia). Pentru depunerea acoperirilor, s-au folosit ținte cu diametrul de 4 inci Ti și Al cu o puritate de 99,9%.
Presiunea de bază în interiorul camerei de vid a fost de 7,0x10 -6 mbar. Înainte de începerea depunerii, substraturile au fost supuse curățării cu plasmă timp de 20 de minute într-o atmosferă de Ar la o polarizare de -400V în r.f. În timpul creșterii, gazele de lucru erau un amestec de Ar (93%) și N2 (7%) cu o presiune totală de lucru de 6x10 -3 mbar la o temperatură a substratului de 300 ° C și o polarizare a substratului rf de -70V și o putere de 350W. Pentru depunerea multistratelor, ținta de aluminiu a fost acoperită periodic de dop, în timp ce substratul a fost ținut sub rotație circulară în fața țintelor pentru a facilita formarea acoperirilor. O diagramă a sistemului de pulverizare cu magnetron multi-țintă utilizat în dezvoltarea studiului este prezentată în Figura 1.
Pentru a studia influența sinergiei dintre coroziunea dinamică, eroziunea și coroziunea prin eroziune (figura 2), a acoperirilor multistrat, s-au depus sisteme [TiN/AlTiN] n cu perioade de 2, 6, 12 și 24 straturi care controlează obturatorul orele de deschidere și închidere. Grosimea acoperirilor a fost obținută folosind un profilometru DEKTAK 8000 cu un diametru al vârfului de 12 ± 0,04 μm la o lungime de scanare între 1000 μm ? 1200 μm. Pentru eșantionul de 2 straturi, grosimea a fost de 1,72 ± 0,04 μm și, deoarece acoperirile au fost obținute sub aceiași parametri de creștere și timp total de depunere (3 ore), este posibil să se afirme că sistemele multistrat au o grosime în jurul acestei valori.
În ceea ce privește evaluarea rezistenței la coroziune și eroziune, a fost utilizat un echipament de tip cilindru rotativ care constă dintr-un recipient din sticlă în care este conținută soluția, un capac acrilic în care se află electrodul de referință (Ag/AgCl), contraelectrodul (grafit ) și suportul probei cu o suprafață de expunere a probei de 1 cm 2. Acest suport de probă a fost poziționat la un unghi de impact fluid de 90 °. În plus, echipamentul constă dintr-un rotor HUMWPE (polietilenă cu greutate moleculară ridicată), ajustat la arborele unui motor care generează mișcarea soluției și impactul asupra probei (Figura 3) [9]. Viteza de rotație a fost de 2780 rpm, asigurând o viteză liniară maximă a particulei de 16 m s -1 .
3. REZULTATE SI DISCUTII
3.1 Coroziune dinamică
Scăderea densității de coroziune a coroziunii în acoperirile multistrat [TiN/AlTiN] n poate fi atribuită gradului de porozități prezente în filme, sugerând că porozitatea scade odată cu creșterea numărului de straturi bistrale, se pot produce porozitățile din straturi bistratice în acoperire prin fenomene de nucleație în timpul creșterii straturilor, generând căi de rezistență mai mică pentru trecerea ionului Cl [16-20].