Influencia de la oxidación sobre las propiedades mecánicas y tribológicas de los recubrimientos duros de VN depositados por Magnetrón Sputtering R.F.

Abstract

En este trabajo se crecieron recubrimientos duros de nitruro de vanadio (VN), utilizando un Magnetrón Sputtering R.F., los cuales fueron depositados sobre sustratos de silicio (100) y acero AISI 316. Posteriormente los recubrimientos pasaron por un proceso de oxidación dentro de la cámara de Sputtering con presiones Ar/O2 diferentes, con el fin de obtener fases de óxidos de vanadio que puedan influenciar en las propiedades mecánicas y tribológicas del material. Por medio de los patrones de difracción y espectroscopia Raman, se observó la fase hexagonal β-V2N del nitruro de vanadio y la aparición de fases de óxidos de vanadio tales como VO2, V2O5 y V6O13. Los resultados de rayos X, evidenciaron que estos procesos de oxidación produjeron una amorfización de los recubrimientos. De igual manera, se observó que el proceso de oxidación cambió la morfología de los recubrimientos, obteniéndose variaciones en los tamaños de grano y rugosidades superficiales con respecto al recubrimiento de VN, a medida que las condiciones de oxidación variaron. La topografía de la superficie y la concentración de elementos de los recubrimientos, fueron observadas a través de imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de energía dispersiva (EDS). Las propiedades mecánicas y tribológicas del recubrimiento se vieron influenciadas por la presencia de oxígeno dentro del material; los valores de dureza y módulo de elasticidad, obtenidos se encuentran en los rangos 10.73 a 16.84 GPa y 172.91 a 371.36 GPa respectivamente, valores para el coeficiente de fricción se encuentran aproximadamente entre 0.4 y 0.7 dependiendo de las condiciones de oxidación. Se logró obtener una sinergia entre la dureza del recubrimiento de VN y los bajos coeficientes de fricción otorgados por los óxidos de vanadio, en la muestra oxidada al 50% de O2.