Evaluación del comportamiento electroquímico de recubrimientos de alta entropía de TiAlTaZrNb depositados por pulverización catódica. Proyecto de investigación

Abstract

RESUMEN : Las aleaciones de alta entropía (HEAs) han suscitado un interés creciente en la comunidad científica por sus propiedades únicas derivadas de su compleja composición, alta deformación de la red cristalina, alto factor de empaquetamiento y el efecto cóctel suministrado por sus constituyentes, que posibilitan una amplia gama de aplicaciones, especialmente en aquellas que requieren protección contra el desgaste, la oxidación y la corrosión. Este estudio se centra en la evaluación del comportamiento electroquímico de recubrimientos de alta entropía TiAlTaZrNb, depositados por pulverización catódica sobre sustratos metálicos con variaciones en el voltaje bias (-50V, -90V y -130V). La microscopía electrónica de barrido (SEM) reveló un aumento en la densificación del recubrimiento a mayor voltaje bias, junto con un crecimiento columnar característico. Mediante microscopía de fuerza atómica (AFM), se determinó la rugosidad del recubrimiento, y espesores aproximados de 4 nm usando el ensayo de calo test y SEM, observando que a mayores voltajes bias corresponden menores espesores. La difracción de rayos X (DRX) mostró que los recubrimientos presentan una solución sólida con estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC) y crecimiento preferencial en el plano cristalográfico (110), además de picos correspondientes a fases hexagonales compactas (HCP) asociadas a intermetálicos. La polarización potenciodinámica (PP) a 96 horas de inmersión reveló menores corrientes de corrosión (Icorr) y mayores potenciales de corrosión (Ecorr) para los recubrimientos, con valores entre 3.6121E-08 A/cm2 y 2.7078E-06 A/cm2, y -0.5724V a -0.6484V, frente al sustrato (1.6068E-05 A/cm2 y -0.6864V). Finalmente, la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) mostró una mejora en el comportamiento electroquímico con resistencias de 1 hora entre 7.41E+03 Ω*cm2 y 1.54E+04 Ω*cm2, frente a 3.80E+03 Ω*cm2 del sustrato, lo que resalta el gran potencial de aplicación del recubrimiento TiAlTaZrNb en entornos corrosivos.

ABSTRACT : High-entropy alloys (HEAs) have generated increasing interest in the scientific community due to their unique properties derived from their complex composition, high deformation of the crystal lattice, high packing factor, and the cocktail effect provided by their constituents. These features enable a wide range of applications, especially in areas requiring protection against wear, oxidation, and corrosion. This study focuses on evaluating the electrochemical behavior of highentropy coatings TiAlTaZrNb, deposited by sputtering on metallic substrates with variations in bias voltage (-50V, -90V, and -130V). Scanning electron microscopy (SEM) revealed an increase in coating densification at higher bias voltages, along with characteristic columnar growth. Atomic force microscopy (AFM) was used to determine the roughness of the coating, with approximate thicknesses of 4 nm measured using the calo test and SEM, noting that higher bias voltages correspond to lower thicknesses. X-ray diffraction (XRD) showed that the coatings exhibit a solid solution with a body-centered cubic (BCC) structure and preferential growth in the (110) crystallographic plane, in addition to peaks corresponding to hexagonal close-packed (HCP) phases associated with intermetallics. Potentiodynamic polarization (PP) after 96 hours of immersion revealed lower corrosion currents (Icorr) and higher corrosion potentials (Ecorr) for the coatings, with values ranging from 3.6121E-08 A/cm² to 2.7078E-06 A/cm², and -0.5724V to -0.6484V, compared to the substrate (1.6068E-05 A/cm² and -0.6864V). Finally, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) demonstrated an improvement in electrochemical behavior with resistances over 1 hour ranging from 7.41E+03 Ω*cm² to 1.54E+04 Ω*cm², compared to 3.80E+03 Ω*cm² for the substrate, highlighting the great potential for the application of the TiAlTaZrNb coating in corrosive environments.