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https://hdl.handle.net/20.500.12104/98083Registro completo de metadatos
| Campo DC | Valor | Lengua/Idioma |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Flores Cova, Luis Martín | |
| dc.date.accessioned | 2024-03-11T18:10:35Z | - |
| dc.date.available | 2024-03-11T18:10:35Z | - |
| dc.date.issued | 2023-12-01 | |
| dc.identifier.uri | https://wdg.biblio.udg.mx | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.12104/98083 | - |
| dc.description.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. | |
| dc.description.tableofcontents | ÍNDICE ............................................................................................................................... i Lista de figuras .................................................................................................................. iii Lista de tablas.................................................................................................................... v Resumen ........................................................................................................................... vi Abstract ............................................................................................................................ vii Nomenclatura .................................................................................................................. viii 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1 2. ANTECEDENTES Y MARCO TEÓRICO ................................................................. 3 2.1 Reducción del desgaste y la fricción ................................................................ 4 2.2 Erosión iónica y HiPIMS ................................................................................... 6 2.2.1 Erosión iónica ........................................................................................... 6 2.2.2 Campo magnético de Magnetrones .......................................................... 8 2.2.3 Erosión iónica reactiva .............................................................................. 9 2.2.4 HiPIMS .................................................................................................... 11 2.3 Caracterización mecánica de recubrimientos ................................................. 15 2.4 Pruebas de adhesión en recubrimientos ........................................................ 18 2.4.1 Pruebas de rayado .................................................................................. 18 2.4.2 Indentaciones Rockwell-C ....................................................................... 19 2.5 Desgaste sin lubricación de recubrimientos ................................................... 20 2.5.1 Contacto Hertziano ................................................................................. 20 2.5.2 Tasa de desgaste.................................................................................... 21 2.5.3 Recubrimientos orientados a prevenir el desgaste .................................. 21 2.6 Hipótesis ........................................................................................................ 23 2.7 Objetivos ........................................................................................................ 24 2.7.1 General ................................................................................................... 24 2.7.2 Específicos.............................................................................................. 24 2.8 Justificación ................................................................................................... 24 3. METODOLOGÍA Y DESARROLLO EXPERIMENTAL ........................................... 25 3.1 Preparación de substratos.............................................................................. 25 3.2 Depósito de los recubrimientos. ..................................................................... 26 ii 3.3 Caracterización del plasma. ........................................................................... 29 3.4 Morfología, espesor y medición de propiedades mecánicas. .......................... 31 3.5 Identificación de la estructura cristalina por medio de Difracción de Rayos-X. 32 3.6 Análisis elemental del recubrimiento. ............................................................. 34 3.7 Pruebas de adhesión ..................................................................................... 35 3.8 Resistencia al desgaste sin lubricación. ......................................................... 35 3.9 Análisis de la rugosidad, volumen desgastado y esfuerzos residuales por medio de Perfilometría. ....................................................................................................... 37 3.10 Análisis de las huellas de desgaste por Microscopía Electrónica de Barrido y espectroscopía Raman. ............................................................................................ 38 4. RESULTADOS ...................................................................................................... 39 4.1 Caracterización del plasma ............................................................................ 39 4.2 Depósito de los recubrimientos ...................................................................... 44 4.3 Espesor y morfología de los recubrimientos ................................................... 45 4.4 Estructura cristalina por XRD y GIXRD .......................................................... 46 4.5 Análisis elemental de las multicapas .............................................................. 49 4.6 Propiedades mecánicas de los recubrimientos............................................... 53 4.7 Adhesión de las multicapas ............................................................................ 54 4.8 Coeficiente de fricción sin lubricación ............................................................. 58 4.9 Análisis de las huellas de desgaste ................................................................ 60 5. CONCLUSIONES ................................................................................................. 68 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 70 7. PUBLICACIONES ................................................................................................. 78 iii Lista de figuras Figura 2.1 Representación esquemática de varias arquitecturas de recubrimientos: a) matriz, b) multicapa, c) gradiente y d) nanoestructurada. ................................................... 5 Figura 2.2 Desglose del consumo promedio de energía en vehículos de trabajo pesado, modificada de [5]. .............................................................................................................. 5 Figura 2.3 Arreglo de campos magnéticos desbalanceados tipo 1 y 2, y balanceado. ....... 8 Figura 2.4 Ciclo de histéresis en magnetron sputtering al cambiar el flujo de gas reactivo. ........................................................................................................................................ 10 Figura 2.5 Diagrama de zonas de estructura aplicable a depósitos energéticos, modificado de [36]. ............................................................................................................................ 13 Figura 2.6 Geometría de indentador Berkovich ................................................................ 15 Figura 2.7 Curva carga-desplazamiento característica de una nanoidentación ................ 17 Figura 2.8 Cargas críticas de una prueba de adhesión. ................................................... 18 Figura 2.9 Clasificación de pruebas de adhesión Rockwell-C .......................................... 19 Figura 3.1 Tratamiento térmico aplicado a los substratos ................................................ 26 Figura 3.2 Representación esquemática de la cámara de depósito ................................. 27 Figura 3.3 Esquema de la multicapa depositada por HiPIMS y DCMS. ........................... 28 Figura 3.4 Representación esquemática de la cámara de análisis del plasma. ................ 30 Figura 3.5 Comparación esquemática de las configuraciones a) θ-2θ y b) haz rasante . . 33 Figura 3.6 Fotoelectrones emitidos al ser impactados por Rayos-X ................................. 34 Figura 3.7 Esquema del tribómetro empleado en las pruebas de desgaste. .................... 36 Figura 4.1 Espectro de iones positivos generado por HiPIMS del blanco de tungsteno. .. 39 Figura 4.2 Espectro de iones positivos generados por DC del blanco de carbono. .......... 40 Figura 4.3 Funciones de distribución de energía de los iones de tungsteno generados por HiPIMS. ........................................................................................................................... 41 Figura 4.4 Funciones de distribución de energía de los iones de carbono generados por DCMS: a)sin gas reactivo y b)con nitrógeno como gas reactivo....................................... 43 Figura 4.5 Pulsos de voltaje y corriente del blanco y substrato sincronizados.................. 44 Figura 4.6 Sección transversal de los recubrimientos: a)-25V, b)-50 V, c)-75 V y d)-100 V. ........................................................................................................................................ 46 Figura 4.7 Difractogramas de los recubrimientos en la configuración Bragg-Brentano ..... 47 Figura 4.8 Difractogramas de los recubrimientos en la configuración haz rasante ........... 48 Figura 4.9 Espectro de inspección de la superficie sin erosionar ..................................... 49 Figura 4.10 Espectro de inspección de la muestra -50 V con erosión por iones de argón.50 Figura 4.11 Espectros de alta resolución de a) C1s, b) N1s y c) O1s, deconvulución de -50 V del d) C 1s, e) N1s y f) O 1s. ........................................................................................ 51 Figura 4.12 Curvas carga-profundidad de las nanoindentaciones en los recubrimientos. 53 Figura 4.13 Huellas de scratch sobre los recubrimientos. ................................................ 55 Figura 4.14 Coeficiente de fricción de las pruebas de scratch. ........................................ 55 iv Figura 4.15 Indentaciones Rockwell C para análisis de adhesión a) -25 V, b) -50 V, c) -75 V y d) -100 V. ...................................................................................................................... 56 Figura 4.16 Coeficiente de fricción de pruebas de desgaste sin lubricación. .................... 59 Figura 4.17 Huellas de desgaste de a) -25V, b) -50 V, c) -75 V y d) -100 V. .................... 61 Figura 4.18 Acercamiento de la huella de desgaste de -25 V en el material adherido...... 62 Figura 4.19 Imágenes compartivas de electrones retrodispersados (izquierda) y secundarios (derecha) de la muestra -75 V. .................................................................... 63 Figura 4.20 Perfiles transversales de las huellas de desgaste de los recubrimientos y el acero. .............................................................................................................................. 64 Figura 4.21 Análisis Raman de a) afuera de la huella, c) los residuos, y e) la contraparte. Las micrografias b), d) y f) indican el área donde se realizaron los análisis. .................... 65 Lista de tablas Tabla 3.1 Composición del acero 52100 o 100Cr6 [57, 58]. ............................................. 25 Tabla 3.2 Parámetros de depósito, la polarización de los substratos se varió (-25, -50, -75 y -100 V) .......................................................................................................................... 29 Tabla 4.1 Composición elemental y relación sp2/sp3 de los recubrimientos. .................... 52 Tabla 4.2 Dureza de los recubrimientos ........................................................................... 54 Tabla 4.3 Esfuerzos residuales de los recubrimientos. .................................................... 58 Tabla 4.4 Tasa de desgaste sin lubricación. .................................................................... 63 | |
| dc.format | application/PDF | |
| dc.language.iso | spa | |
| dc.publisher | Biblioteca Digital wdg.biblio | |
| dc.publisher | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.uri | https://www.riudg.udg.mx/info/politicas.jsp | |
| dc.subject | Wc-Wcn-Cnx | |
| dc.subject | Hipims | |
| dc.title | Multicapas de WC-WCN-CNx Obtenidas por HiPIMS con Propiedades de Lubricación Sólida | |
| dc.type | Tesis de Doctorado | |
| dc.rights.holder | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.holder | Flores Cova, Luis Martín | |
| dc.coverage | GUADALAJARA, JALISCO | |
| dc.type.conacyt | doctoralThesis | |
| dc.degree.name | DOCTORADO EN CIENCIA DE MATERIALES | |
| dc.degree.department | CUCEI | |
| dc.degree.grantor | Universidad de Guadalajara | |
| dc.rights.access | openAccess | |
| dc.degree.creator | DOCTOR EN CIENCIA DE MATERIALES | |
| dc.contributor.director | Jiménez Alemán, Omar | |
| dc.contributor.codirector | Flores Martínez, Martín | |
| dc.contributor.codirector | Broitman, Esteban Daniel | |
| Aparece en las colecciones: | CUCEI | |
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