Producción, caracterización y desempeño de películas delgadas de silicio/óxido de silicio en sustratos de acero inoxidable 316L en atmósferas de “Metal Dusting”

Abstract

El Metal Dusting es un tipo de corrosión común en atmósferas o entornos con un alto contenido de carbono y temperaturas elevadas. Este fenómeno, ocasiona problemas en maquinaria y equipos ingenieriles, que causan pérdidas económicas en varias industrias debido a la desintegración del metal. Una alternativa de solución es reducir la difusión de carbono hacia el interior de los sustratos metálicos por medio de una capa protectora. Las películas delgadas tienen la capacidad de disminuir la difusión de carbono. Estas deben tener características específicas como una elevada adhesión y una alta densidad para que sean capaces de soportar los entornos de Metal Dusting. La película delgada presentada fue producida utilizando la técnica de deposición física de vapores mediante pulverización activa de magnetrones (PVD-RMS). El desempeño de películas delgadas protectoras de silicio y óxido de silicio (Si/SiO2) en sustratos de acero inoxidable 316L fue analizado en condiciones de Metal Dusting. Los parámetros del proceso se modificaron para determinar la relación con las propiedades obtenidas de las películas delgadas con el objetivo de obtener películas densas y una alta adhesión al sustrato. Los recubrimientos y los sustratos fueron analizados estructuralmente mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X y microscopía de fuerza atómica. Además, fueron analizados mecánicamente por medio de la prueba de dureza Rockwell-C en conjunto de la norma VDI-3198 y nanoindentación mediante el método de Oliver Pharr. Las películas delgadas con mejor desempeño en el ensayo de adhesión se sometieron a condiciones de Metal Dusting simuladas mediante termogravimetría (TGA) por periodos de 30 y 50 horas. Se obtuvieron películas delgadas de Si/SiO2 con espesores entre 700-2600 nm. Los resultados presentan un mejor desempeño en las muestras recubiertas Si/SiO2 depositada a 55 W, 1 SCCM y temperatura ambiente, siendo que la prueba de corrosión de TGA presentaron un porcentaje de protección sobre la ganancia en peso del 83% en las pruebas de 30 horas y 98.5% en las de 50 horas, en comparación de las muestras no recubiertas.