Оценка на устойчивостта на корозионна ерозия на многослойни покрития TiNAlTiN

Оценка на устойчивост на корозия и ерозия на многослойни TiN/AlTiN покрития

Вилиан Аперадор 1,2 *, Цезар Амая 3, Хорхе Баутиста Руиз 4

1: Катедра по мехатроника, Военен университет Нуева Гранада, Carrera 11 No. 101-80, факс: +57 (1) 6343200, Богота, Колумбия.

2: Колумбийско инженерно училище ? Хулио Гаравито, AK.45 No 205-59 (Autopista Norte), +57 (1) 668 3622, Богота, Колумбия.

3: Изследователска група за разработване на материали и продукти CDT ASTIN SENA, Кали-Колумбия.

4: Катедра по физика, Университет Франсиско де Паула Сантандер. Авенида Гран Колумбия № 12Е ? 96. Б Колсаг. Лабораторна сграда. Сан Хосе де Кукута. Северно от Сантандер. Колумбия

Ключови думи: Титаниево-алуминиев нитрид, динамична корозия, ерозионна корозия, ерозия, сканираща електронна микроскопия.

Оценка на устойчивостта на ерозионна корозия на многослойни TiN/AlTiN

Тънки филми се отлагат в многослойни TiN/AlTiN с периоди от 2, 6, 12 и 24 двуслоя върху стоманени подложки AISI 1045, чрез RF система за магнитно разпръскване върху Ti и Al цели (99,99%) в атмосфера Ar/N2. Многослойността беше тествана срещу корозия, ерозия и корозионна ерозия при ъглово въздействие от 90 ° и 0,5 M разтвор на NaCl и силициев диоксид и анализира ефекта на броя на двуслойните върху корозионната устойчивост на тези покрития. Електрохимичната характеристика се извършва чрез поляризационни криви на Tafel и микроструктура чрез сканираща електронна микроскопия. Изследването показва намалена скорост на корозия на основата, тя намалява от 2291,05 mpy на 351,24 mpy с 2 двуслоя и 15,01 mpy с 24 двуслоя. Тези резултати потвърждават доброто действие на двупластовете в устойчивостта на корозия на ерозия. От резултатите от сканиращата електронна микроскопия може да потвърди защитния ефект на покритията върху основата, както и нарастващия брой двуслойни.

Ключови думи: алуминиев титанов нитрид, корозионна динамика, ерозионна корозия, ерозия, сканираща електронна микроскопия.

Получава: 21.06.2011; Прегледано: 12.07.2011 г. Прието: 23.08.2011 г .; Публикувано: 07-09-2011

1. ВЪВЕДЕНИЕ

Корозионната ерозия е ускоряване на скоростта на корозия на метал поради относителното движение на корозивна течност по повърхността на метал [1], ако течността съдържа и твърди частици в суспензия, ерозивният ефект има тенденция да се увеличава. което причинява влошаване на метала.

Твърдите покрития се превърнаха в решение на проблеми като корозия и износване. Техниката на физическо отлагане на пари (PVD) е един от най-използваните процеси за получаване на твърди покрития, който включва всеки процес на растеж на филм във вакуумна среда, който включва отлагане на атоми или молекули върху субстрат [2], който се състои за физическо изпаряване на материала, който ще образува покритието и последващата му кондензация върху основата, този процес има възможност да се прилага едновременно върху възли или части.

Целта на настоящата работа е да се изследва електрохимичната природа на многослойните покрития на базата на [TiN/AlTiN] n, за да се анализира тяхната химическа реакция в агресивни среди, явлението ерозия и корозионно-ерозионния синергизъм. Това проучване ще позволи събирането на достатъчно информация за TiN/AlTiN покритията, за да се определи влиянието на броя на двуслойните върху гореспоменатото поведение.

2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЧАСТ

[TiN/AlTiN] n слоеве бяха отложени върху AISI 1045 (диаметър 2 cm; дебелина 4 mm) и Si (ориентация 100; 1,7 cm страна; 280 микрона дебелина) стоманени подложки, които бяха почистени с ултразвук в последователност от 15 минути в баня с етанол и ацетон. Покритията са получени с помощта на многоцелевата техника на магнетронно разпрашване при rf (13,56 MHz) в пилотната централа CDT ASTIN, регионална долина SENA (Колумбия). За отлагане на покритията са използвани мишени с диаметър Ti и Al с диаметър 4 инча с чистота 99,9%.

Базовото налягане във вакуумната камера е 7.0x10 -6 mbar. Преди започване на отлагането, субстратите бяха подложени на плазмено почистване в продължение на 20 минути в Ar атмосфера при отклонение от -400V в rf. По време на растежа работните газове представляват смес от Ar (93%) и N2 (7%) с общо работно налягане 6x10 -3 mbar при температура на основата 300 ° C и RF отклонение на субстрата от -70V и мощност от 350W. За отлагането на многопластовете алуминиевата мишена периодично се покрива от затвора, докато субстратът се държи под кръгово въртене пред мишените, за да се улесни образуването на покритията. Диаграма на многоцелевата система за разпръскване на магнетрон, използвана при разработването на изследването, е представена на фигура 1.

корозионна

За да се изследва влиянието на синергията между динамичната корозия, ерозията и ерозионната корозия (фигура 2), на многослойни покрития, системи [TiN/AlTiN] n са депозирани с периоди от 2, 6, 12 и 24 двуслоя, контролиращи затвора време за отваряне и затваряне. Дебелината на покритията е получена с помощта на профилометър DEKTAK 8000 с диаметър на върха 12 ± 0,04 μm при дължина на сканиране между 1000 μm ? 1200 μm. За пробата от 2 двуслоя дебелината е била 1,72 ± 0,04 μm и тъй като покритията са получени при същите параметри на растеж и общо време на нанасяне (3 часа), е възможно да се потвърди, че многослойните системи имат дебелина около тази стойност.

По отношение на оценката на устойчивостта на корозия и ерозия е използвано оборудване с ротационен цилиндър, което се състои от стъклен съд, в който се съдържа разтворът, акрилен капак, в който еталонният електрод (Ag/AgCl), противоположният електрод (графит ) и държача на пробата с площ на експозиция на пробата 1 cm 2. Този държач на пробата беше разположен под ъгъл на въздействие на флуида от 90 °. В допълнение, оборудването се състои от работно колело HUMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene), приспособено към вала на мотор, което генерира движението на разтвора и въздействието върху пробата (Фигура 3) [9]. Скоростта на въртене е 2780 rpm, осигурявайки максимална линейна скорост на частицата от 16 m s -1 .

3. РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ

3.1 Динамична корозия

Намаляването на корозионната плътност на корозията в [TiN/AlTiN] n многослойни покрития може да се отдаде на степента на порьозност, налична във филмите, което предполага, че порьозността намалява с увеличаването на броя на двуслоевете, могат да се получат порьозностите в двуслоите в покритието чрез ядрени явления по време на растежа на слоевете, генерирайки пътища с по-малко съпротивление за преминаване на Cl йона [16-20].