A többrétegű TiNAlTiN bevonatok korrózióerózióval szembeni ellenállásának értékelése

A többrétegű TiN/AlTiN bevonatok korrózióval és erózióval szembeni ellenállásának értékelése

Willian Aperador 1,2 *, Cesar Amaya 3, Jorge Bautista Ruiz 4

1: Mechatronikai mérnöki tanszék, Nueva Granada Katonai Egyetem, Carrera 11 No. 101-80, Fax: +57 (1) 6343200, Bogotá, Kolumbia.

2: Kolumbiai Mérnöki Iskola ? Julio Garavito, AK.45 No.205-59 (Autopista Norte), +57 (1) 668 3622, Bogotá, Kolumbia.

3: Anyag- és termékfejlesztési kutatócsoport CDT ASTIN SENA, Cali-Kolumbia.

4 .: Fizika Tanszék, Francisco de Paula Santander Egyetem. Avenida Gran Colombia No 12E ? 96. B Colsag. Laboratóriumi épület. San José de Cúcuta. Santandertől északra. Colombia

Kulcsszavak: Titán-alumínium-nitrid, dinamikus korrózió, eróziós korrózió, erózió, pásztázó elektronmikroszkópia.

A többrétegű eróziós korrózióval szembeni ellenállás értékelése TiN/AlTiN

Vékony filmeket helyeztek többrétegű TiN/AlTiN-be 2, 6, 12 és 24 kétrétegű periódusokkal AISI 1045 acél hordozókra, RF magnetron porlasztórendszer segítségével Ti és Al célpontokra (99,99%) Ar/N2 atmoszférában. A többrétegű korróziót, eróziót és korróziós eróziót 90 ° -os szög hatására, 0,5 M NaCl oldattal és szilícium-dioxiddal szemben teszteltük, és elemeztük a kétrétegek számának ezen bevonatok korrózióállóságára gyakorolt hatását. Az elektrokémiai jellemzést Tafel-polarizációs görbékkel, a mikrostruktúrát pásztázó elektronmikroszkóppal végeztük. A vizsgálat kimutatta a szubsztráton a csökkent korróziós sebességet, 2 kétrétegű 2291,05 mpy-ról 351,24 mpy-re, 24 kétrétegű 15,01 mpy-re csökkent. Ezek az eredmények megerősítik a kétrétegek jó hatását a korrózióállóságban. A pásztázó elektronmikroszkópia eredményei megerősíthetik a bevonatok védőhatását az aljzaton, valamint a kétrétegek növekvő számát.

Kulcsszavak: alumínium-titán-nitrid, korróziós dinamika, eróziós korrózió, erózió, pásztázó elektronmikroszkópia.

Beérkezett: 2011.06.21 .; Felülvizsgálva: 2011-12-07 Elfogadva: 2011-08-23; Megjelent: 2011-09-07

1. BEMUTATKOZÁS

A korróziós erózió a fém korróziós sebességének gyorsulása a korrozív folyadéknak a fém felületén való relatív elmozdulása miatt [1], ha a folyadéknak szilárd részecskék tartalma is van szuszpenzióban, akkor az eróziós hatás növekszik. ami fémromlást okoz.

A kemény bevonatok olyan megoldásokká váltak, mint a korrózió és a kopás. A fizikai gőzfázisú leválasztási technika (PVD) az egyik leggyakrabban használt eljárás a kemény bevonatok előállításához, amely magában foglalja a film vákuumkörnyezetben történő növesztésének bármely folyamatát, amely magában foglalja az atomok vagy molekulák lerakódását egy hordozón [2], amely a következőkből áll: a bevonatot képező anyag fizikális elpárologtatásával és az azt követő kondenzációval a hordozón, ez a folyamat lehetőséget ad arra, hogy egyidejűleg alkalmazzák a részegységeket vagy a darabokat.

E munka célja a [TiN/AlTiN] n alapú többrétegű bevonatok elektrokémiai jellegének vizsgálata volt, annak érdekében, hogy elemezzék agresszív közegekben bekövetkező kémiai reakcióikat, az erózió és a korrózió-erózió szinergizmus jelenségét. Ez a tanulmány lehetővé teszi a TiN/AlTiN bevonatokról elegendő információ gyűjtését annak érdekében, hogy meghatározzuk a kétrétegek számának a fent említett viselkedésre gyakorolt hatását.

2. KÍSÉRLETI RÉSZ

[TiN/AlTiN] n többrétegű réteget raktunk le az AISI 1045 (2 cm átmérő; 4 mm vastagság) és Si (orientáció 100; 1,7 cm oldal; 280 mikron vastag) acél szubsztrátokra, amelyeket ultrahanggal 15 perc alatt megtisztítottunk. etanol és aceton fürdőjében. A bevonatokat többcélú magnetron porlasztási technikával állítottuk elő r.f (13,56 MHz) frekvencián a CDT ASTIN kísérleti üzemében, a SENA Regional Valle-ben (Kolumbia). A bevonatok lerakódásához 4 hüvelyk átmérőjű Ti és Al célpontokat használtunk, 99,9% -os tisztaságú.

Az alapnyomás a vákuumkamrában 7,0x10-6 mbar volt. A lerakás megkezdése előtt a szubsztrátumokat 20 percig plazmatisztításnak vetettük alá Ar atmoszférában -400 V előfeszültség mellett, r.f. A növekedés során a munkagázok Ar (93%) és N2 (7%) keverékei voltak, az összes üzemi nyomás 6x10-3 mbar 300 ° C-os szubsztrát hőmérsékleten, a szubsztrát rf-előfeszültsége -70 V és a teljesítmény 350W. A többrétegű lerakódáshoz az alumínium célpontot rendszeresen lefedte a redőny, míg a hordozót kör alakú forgás alatt tartották a célok előtt, hogy megkönnyítsék a bevonatok kialakulását. A vizsgálat kidolgozásához használt többcélú magnetron porlasztórendszer diagramját az 1. ábra vázolja fel.

A többrétegű bevonatok dinamikus korróziója, eróziója és eróziós korróziója közötti szinergia hatásának tanulmányozása céljából (2. ábra) [TiN/AlTiN] n rendszereket raktunk le a redőnyt vezérlő 2, 6, 12 és 24 kétrétegű periódusokkal nyitási és zárási idő. A bevonatok vastagságát 12 ± 0,04 μm hegyátmérőjű DEKTAK 8000 profilmérővel 1000 μm közötti letapogatási hosszúsággal nyertük. 1200 μm. 2 kétrétegű minta esetében a vastagság 1,72 ± 0,04 μm volt, és mivel a bevonatokat ugyanazon növekedési paraméterekkel és teljes lerakódási idővel (3 óra) kaptuk, megerősíthető, hogy a többrétegű rendszerek vastagsága ezen érték körül van.

A korrózióval és az erózióval szembeni ellenállás értékeléséhez rotációs henger típusú berendezést használtak, amely egy üvegtartályból áll, amelyben az oldat található, egy akril fedélből, amelyben a referenciaelektróda (Ag/AgCl), az ellenelektróda (grafit) ) és a mintatartót 1 cm 2 mintaterheléssel. Ezt a mintatartót 90 ° -os folyadékütési szögben helyeztük el. Ezenkívül a berendezés egy HUMWPE (ultra nagy molekulatömegű polietilén) járókerékből áll, amely a motor tengelyére van felszerelve, és amely az oldat mozgását és a mintára gyakorolt hatást generálja (3. ábra) [9]. A forgási sebesség 2780 rpm volt, ami a részecske maximális lineáris sebességét 16 m s -1 értékkel biztosította .

3. EREDMÉNYEK ÉS MEGBESZÉLÉS

3.1 Dinamikus korrózió

A [TiN/AlTiN] n többrétegű bevonatokban a korróziós korróziós sűrűség csökkenése a filmekben jelenlévő porozitás mértékének tulajdonítható, ami arra utal, hogy a porozitás csökken a kétrétegek számának növekedésével, a porozitásokkal kétrétegek képződhetnek a bevonatban a rétegek növekedése során kialakuló nukleációs jelenségek révén, amelyek kisebb ellenállású utakat hoznak létre a Cl ion átjutásához [16-20].