Efecto de la variación de la potencia y el flujo de CH4 sobre las propiedades mecánicas y tribológicas de películas delgadas de carbono amorfo tipo diamante (DLC)

Abstract

En el presente trabajo de investigación, se obtuvieron películas delgadas de carbono amorfo con estructura tipo diamante DLC, y tipo polímero hidrogenadas (PLCH) mediante una de las técnicas de la deposición física en fase vapor (PVD por sus siglas en inglés) conocida como pulverización catódica R.F asistida por campo magnético (magnetrón sputtering R.F) a 13.56 MHz. Los recubrimientos se crecieron a partir de un target de grafito con una pureza del 99,999% en una atmósfera reactiva de argón (Ar) y metano (CH4). Las películas obtenidas fueron depositadas sobre sustratos de silicio con orientación cristalográfica (100) y sobre sustratos de acero H13. La presión del gas de argón fue fijada a 0.5*10-2 mbar, mientras que el flujo de metano en la cámara de vacío se varió entre 0 a 12 sccm. Otro parámetro que también se varió fue la potencia aplicada al cátodo, concretamente se realizó el proceso de sputtering a una potencia de 50 W y 80 W. Se fijó una temperatura de 373,15 K sobre los sustratos, el tiempo de crecimiento fue de 1,5 h y la distancia target-sustrato fue de aproximadamente 4.5 cm. Para poder evaluar el efecto que tiene la variación tanto del flujo de metano como de la potencia aplicada al cátodo en las propiedades mecánicas y tribológicas de las películas delgadas obtenidas., se llevaron a cabo diferentes técnicas de caracterización. Las caracterizaciones enfocadas en establecer las propiedades mecánicas y tribológicas se llevaron a cabo en los recubrimientos depositados sobre sustratos de acero H13, y los ensayos de perfilometría y espectroscopía fueron realizados en los recubrimientos depositados sobre los sustratos de silicio. Se determinó el espesor de los recubrimientos mediante ensayos de perfilometría, con lo cual fue posible calcular la tasa de depósito o velocidad de crecimiento de las películas delgadas. Además, mediante este ensayo, también fue posible determinar el coeficiente de rugosidad de los recubrimientos, y realizando perfiles a las huellas de desgaste producidas con la técnica de “ball-on-disk” se logró estimar el coeficiente de desgaste. El análisis de la estructura composicional se realizó por espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), con la cual se obtuvo información acerca de si los enlaces formados eran del tipo carbono-hidrógeno o carbono-carbono, además del tipo de hibridación (sp2 y sp3) presente en los enlaces. Las propiedades mecánicas tales como: dureza y módulo de Young fueron estimadas mediante ensayos de nanoindentación. Por último, se realizó la caracterización tribológica mediante la técnica conocida como “ball-on-disk”, con la cual se determinó tanto el coeficiente de fricción dinámico como el coeficiente de desgaste. Todas las propiedades encontradas variaron de acuerdo a los parámetros elegidos, mostrando la influencia que sobre estos ejercen el variar tanto la potencia suministrada por la fuente de R.F como el flujo de metano.