Caracterización mecánica, tribológica y de resistencia a la corrosión de multicapas de CRN/ALN depositadas sobre acero AISI H13 (2016)
Se sintetizaron recubrimientos por reactive magnetron sputtering PVD, consistentes en monocapas de AlN y CrN, y stacks de 1, 20 y 40 bicapas de configuración [CrN/AlN]n; sobre acero AISI H13, todas con un espesor total de 1.5um. Tales recubrimientos fueron caracterizados por XRD, mostrando que se componen de películas policristalinas de los nitruros deseados: AlN: preferiblemente en fase Wurtzita; y una mezcla de las fases: hexagonal de (Cr2N) y FCC (CrN) del nitruro de cromo. Se encontró que los esfuerzos intrínsecos promedio aumenta conforme al número de bicapas, con un máximo de 350MPa en [CrN/AlN]20; para [CrN/AlN]40 la presencia de las fases alotrópicas de CrN indujo desacople entre las interfaces de los dos nitruros,que relajó la estructura, obteniéndose un esfuerzo de apenas 50MPa a compresión. Se estudiaron las propiedades mecánicas de todos los sistemas encontrando las mayores durezas en la monocapa de AlN (19.61GPa) y [CrN/AlN]40 (20.57 GPa), las demás capas mostraron durezas intermedias (CrN 13.47, [CrN/AlN]1 16.99 y [CrN/AlN]20 10.99 GPa). Se encontró que la ductilidad se reduce conforme aumenta el número de bicapas, resultando en una mayor resistencia a la desformación plástica en eventos de contacto para [CrN/AlN]40. En el análisis tribológico se empleó un contrapar de Al2O3, se obtuvieron los coeficientes de fricción COF, y de desgaste COD para sustrato y recubrimientos. La menor combinación de COD y COF se obtuvo para [CrN/AlN]20 (0.5 y 0.015 m3 /Nm), el sistema de 40 bicapas mostró un cambio abrupto en su COD a los 300 ciclos, igualando el del sustrato (0.7) y un COF (0.03 m3 /Nm) apenas menor. Se concluyó que el nivel de esfuerzos a un mayor número de bicapas (40) induce fallas prematuras en el recubrimiento que eliminan su carácter protector frente al desgaste. En todos los recubrimientos se encontró falla por espalación con material permanente en la pista (observadas por SEM). En cuanto al comportamiento electroquímico, el análisis muestra unadisminución de la densidad en la corriente de corrosión en todos los recubrimientos, y un aumento de Ecorr hacia potenciales más nobles, cuando se comparan con el sustrato. Sin embargo, no se encontró correrlación entre el aumento de bicapas y el carácter protector de los recubrimientos, así las mmy se redujeron de 792.06mmy para el sustrato, a menos del 10% (65.71 CrN, 62.69 [CrN/AlN]1, 61.92 [CrN/AlN]20, y 60.03 para [CrN/AlN]40.), pero la menor tasa de corrosión se obtuvo para AlN (59.44 mmy).