Estudio computacional y experimental de los sistemas binarios ReB2 y ReNx para la producción de recubrimientos multicapa ReNx/ReB2 obtenidos mediante pulverización catódica por plasma

Abstract

RESUMEN : En este documento, se presenta una investigación sobre la producción de recubrimientos duros con estructura de multicapa de los sistemas binarios Diboruro de Renio (ReB2) y Nitruro de Renio (ReNx), por la técnica de pulverización catódica asistida por plasma o magnetron sputtering. Como un proceso previo a la producción de los recubrimientos, se desarrolló un estudio computacional para conocer las posibles fases cristalinas que podrían formarse y las propiedades mecánicas que estos dos sistemas binarios podrían tener. Las estructuras candidatas se generaron inicialmente con el software USPEX y la optimización y caracterización de las estructuras se realizaron con el software Crystal. Posteriormente, se llevó a cabo una fase experimental en la que se obtuvieron los recubrimientos en monocapa de ReN y ReB2, en los que se evidenció una elevada reactividad de los materiales basados en renio, principalmente con el oxígeno, no obstante, a partir de la optimización de las condiciones experimentales para la deposición del ReN, se lograron fases estables que exhibieron alta dureza. Por otro lado, para el caso de la deposición de las monocapas de ReB2, fue necesario utilizar materiales como aluminio y titanio para obtener recubrimientos estables que resistieran la fase de caracterización, lográndose los mejores resultados en términos de durabilidad en el tiempo sin problemas de deterioro y/o desprendimiento con la adición de titanio en co-deposicion con el crecimiento de las capas de ReB2. A partir de estos resultados, se emprendió la fase de desarrollo de las multicapas ReN/ReB2, las cuales exhibieron elevada resistencia al desgaste (tasa de desgaste < 0.4x10-10m3/N m), buena resistencia a la corrosión (Icorr < 6.15E10-10 A/cm2) y durezas del orden de los 39 GPa, las cuales están en el límite superior de la alta dureza y en el bajo de la superdureza.