Evaluación de la influencia del voltaje bias sobre la resistencia a la corrosión de películas delgadas de AlNbN

Abstract

RESUMEN: Se depositaron películas delgadas de Nitruro de Niobio (NbN) y Nitruro de Niobio Aluminio (AlNbN) sobre sustratos de silicio (100) y de acero AISI 4140 mediante un sistema multiblanco magnetrón sputtering con r.f. (13.56 MHz), a partir de blancos de Nb y de Al de alta pureza (99.99%) en una atmósfera de Ar/N2, para diferentes voltajes de polarización del sustrato, con el fin de estudiar su efecto sobre la estructura cristalina y las propiedades electroquímicas. El acero 4140 se utiliza ampliamente en la fabricación de partes de máquinas con durezas entre 2535 Rockwell C, pero presenta la desventaja de que su vida útil se ve limitada por su baja resistencia al desgaste y a la corrosión. El patrón de XRD muestra de manera predominante los picos de Bragg de los planos (200) de la fase FCC del AlNbN, (200) de la fase hexagonal δ’NbN y (200) de la fase hexagonal del AlN. Mediante análisis de FTIR se pudo determinar los modos activos asociados a los enlaces NbN, AlN y AlNbN. Se caracterizaron muestras de acero AISI 4140 con y sin recubrimiento de AlNbN mediante Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) y curvas de polarización Tafel. Se encontró una dependencia del voltaje de polarización sobre velocidad de corrosión para películas de AlNbN.

ABSTARCT: Niobium Nitride (NbN) and Aluminum Niobium Nitride (AlNbN) thin films were deposited on silicon (100) and steel AISI 4140 substrates through a multitarget r.f. (13.56 MHz) magnetron sputtering system. The target where made using 4N purity Nb and Al and the growth was performed under a gas mixture of Ar/N2, for different substrate polarization voltages, in order to study the effect of polarization voltage on the crystalline structure and electrochemical properties. Steel 4140 is widely used for fabrication of machines components with hardness between 28 and 38 Rockwell C, however life time of this steel is limited by its low wear and corrosion resistance. The XRD pattern of the sample showed predominantly Bragg peaks for the planes (200) corresponding to FCC phase of the AlNbN, hexagonalδ' NbN phase and hexagonal AlN phase. The FTIR analysis showed vibrational modes associated with NbN, AlN and AlNbN bounds. The steel AISI 4140 with and without AlNbN coating were characterized through electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Tafel polarization curves. As a result of this work it was found a voltage polarization dependence on speed corrosion for NbN and AlNbN films.