Multicapas de WC-WCN-CNx Obtenidas por HiPIMS con Propiedades de Lubricación Sólida

Abstract

El desgaste es un daño que es importante controlar en muchas aplicaciones, como en los rodamientos, ejes de transmisión, entre muchas otras aplicaciones. En la actualidad, la investigación enfocada en recubrimientos que mejoren la resistencia al desgaste es de gran interés. Los recubrimientos con contenido de carbono o base carbono son de los más populares debido a su bajo coeficiente de fricción y resistencia al desgaste. En este estudio se propone el uso de recubrimientos con contenido de carbono (WC/WCN/CNx) depositados por medio de la técnica de erosión iónica conocida como High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS). No se utilizó calentamiento de los substratos durante el depósito. La polarización de los substratos se varió cada 25V desde -25V hasta -100V, para evaluar su efecto en las propiedades de los recubrimientos. El espesor (entre 550 y 700 nm) y la morfología de crecimiento de los recubrimientos se estudió por medio de imágenes de sección transversal obtenidas por Microscopía Electrónica de Barrido de emisión de campo. El tipo de estructura cristalina se determinó utilizando Difracción de Rayos-X, mostrando una estructura amorfa. La composición del recubrimiento se corroboró por medio de Espectroscopía de Fotoelectrones generados por Rayos-X. Las propiedades mecánicas se estudiaron con la técnica de nanoindentación. La adhesión de los recubrimientos a los substratos se midió por medio de indentaciones Rockwell C y Las pruebas de desgaste fueron hechas en un tribómetro con un deslizamiento reciprocante, usando como contraparte una esfera de acero 52100 de 10 mm de diámetro. El coeficiente de fricción del recubrimiento fue cercano a 0.3 en todas las pruebas. Las huellas de desgaste se analizaron por Microscopía Electrónica de Barrido y espectroscopía Raman, el volumen desgastado fue obtenido por medio de perfilometría. La dureza se relacionó con el contenido de enlaces sp2/sp3, la muestra polarizada con -50 V presentó la mayor dureza, mientras que la adhesión al substrato dependió del flujo de iones durante el depósito, presentando la mejor adhesión -75 V. La muestra depositada con -50 V de polarización fue la que mayor resistencia al desgaste presentó, reduciendo el coeficiente de desgaste en dos órdenes de magnitud respecto al substrato. El análisis de la huella de desgaste, residuos y la contraparte por medio de espectroscopía Raman mostró la formación de una tribocapa de grafito.