Análisis de las variables de fabricación de la técnica acpvd en la deposición de tin sobre las aleaciones de magnesio am60 y az91

Resumen

La aplicación de las aleaciones de magnesio dentro del sector automovilístico, aeroespacial y de la microelectrónica está cada vez más demandada gracias a la baja densidad y propiedades específicas que ofrece, así como la versatilidad que presentan en los procesos de fabricación, mediante forja y moldeo. No obstante, las aleaciones de magnesio poseen dos grandes limitaciones, su baja resistencia a la oxidación y degradación en ambientes agresivos y altas temperaturas, y su restricción a componentes que no estén sometidos a grandes cargas ni tensiones, debido a su baja resistencia y a su pérdida de propiedades con la temperatura. Dentro de las aleaciones de magnesio, las más utilizadas debido a su bajo coste, son aquellas con contenidos en aluminio del 2-10% y bajos porcentajes de Zn y Mn, como la AM60 y AZ91; el problema que presentan estas aleaciones es su gran limitación a altas temperaturas, puesto que sus propiedades mecánicas decaen de manera significativa. Estas limitaciones pueden ser mejoradas mediante la deposición de capas delgadas cerámicas en su superficie. Entre los recubrimientos duros cerámicos, el TiN es uno de los más utilizados debido a su alta dureza, bajo coeficiente de fricción, resistencia y estabilidad química; estas propiedades están influidas por el tipo de crecimiento que presente el recubrimiento policristalino, que a su vez dependerá de las propiedades elásticas y difusivas del material. En definitiva, el control de la textura aparece como requerimiento esencial para lograr una capa con buenas propiedades. La deposición física en fase vapor mediante arco catódico (ACPVD), es una técnica ampliamente usada en la fabricación de recubrimientos delgados duros que presenta una alta versatilidad en la producción de capas metálicas o cerámicas a bajas temperaturas, altas corrientes y bajos voltajes, generando recubrimientos homogéneos y de alta calidad. El proceso de fabricación consiste en generar un arco eléctrico sobre un cátodo de modo que se provoque un arranque del material. Una vez arrancado el metal del cátodo éste viaja por la cámara acelerado y atraído por el substrato, debido a la polarización establecida entre el cátodo y el substrato. Adicionalmente, en la cámara es introducido un gas neutro, que se ionizará y comportará en forma de plasma y un gas reactivo que genere la reacción con el metal, formando un compuesto. La gran ventaja que presenta es su alto grado de ionización en las especies evaporadas, que promueve la deposición de capas densas a bajas temperatura, gracias a la alta movilidad adatómica que se genera. Para la generación de recubrimientos de calidad se requiere el conocimiento y control de los parámetros de fabricación, tales como la temperatura, el bias-voltaje, el flujo de gas o la intensidad. El desajuste de estos parámetros origina recubrimientos defectuosos. Dentro de las aplicaciones industriales, las temperaturas del substratro (Ts) (adquiridas tanto por la introducción de resistencias como por el calentamiento por el efecto del bombardio iónico) son aproximadamente de 0.2-0.3 la temperatura de fusión (Tm) ocurriendo el proceso en condiciones de no equilibrio. Este hecho limita cinéticamente el crecimiento, afectando por ende a la adherencia capa-substrato. El magnesio posee una temperatura de fusión de 660ºC, restringiendo su procesado a trabajar a bajas temperaturas y con un exhaustivo control de sus parámetros, a fin de asegurar el buen acondicionamiento del substrato. El uso de estas condiciones tan limitantes afecta directamente a la cinética y crecimiento de la capa. La presente tesis doctoral realiza el estudio del ajuste de los parámetros de fabricación de la técnica de deposición física en fase vapor mediante arco eléctrico, ACPVD, en la deposición de nitruro de titanio, TiN y nitruro de titanio aluminio, TiAlN, sobre dos aleaciones de magnesio; la aleación magnesio-aluminio, AM60 y la aleación magnesio-aluminio-zinc, AZ91. Entre los parámetros analizados se encuentran la temperatura de procesado, el bias voltaje del proceso de bombardeo iónico y el de la deposición, el flujo de gas y la intensidad. Además se estudió también la influencia que posee tanto la preparación superficial, variando entre estado pulido y desbastado, así como la incorporación de capas de anclaje de metales puros, Al y Ti entre el recubrimiento y el substrato.