Producción de Películas de Óxido de Aluminio por Deposición Física de Vapores para Prevenir la Carburización de la Aleación Hk40

Hdl Handle:
http://hdl.handle.net/11285/619509
Title:
Producción de Películas de Óxido de Aluminio por Deposición Física de Vapores para Prevenir la Carburización de la Aleación Hk40
Authors:
Álvarez Díaz, Jorge
Issue Date:
2016-09-02
Abstract:
En este trabajo se propone un método alternativo para prevenir la carburización catastrófica (metal dusting) a altas temperaturas en el acero HK40. El método se basa en el diseño y desarrollo de un recubrimiento con una arquitectura formada por capas delgadas que funcione como una barrera de difusión y que sea producido por deposición física de vapores. La estructura de la arquitectura se compone de una capa protectora de óxido de aluminio, una capa de soporte mecánico graduada y/o una capa de adhesión. Las películas se depositaron por pulverizado reactivo con magnetrones no balanceados utilizando corriente directa y se analizaron los efectos que varias variables del proceso tienen sobre la estructura y en las propiedades de las películas. Las variables analizadas fueron la potencia en el magnetrón, el voltaje bias aplicada al sustrato, el flujo de oxígeno y el modo de suministro del flujo de oxígeno. El propósito de este análisis, fue determinar el intervalo de valores de los parámetros del proceso, de tal manera que puedan producirse sistemáticamente películas densas, adherentes y con la estabilidad térmica y mecánica requerida. Las películas de aluminio y de óxido de aluminio presentaron muy buena adherencia, ya que no se observaron desprendimientos de película. Se encontró que el incremento en la potencia en el magnetrón está asociado con la reducción en la tenacidad, tanto en las capas de adhesión como en las de óxido. Respecto al voltaje bias, se observó una relación directa con el nivel de rugosidad y con la densidad, y el incremento en el flujo de oxígeno con la reducción en la tenacidad y la densidad de la película. Se obtuvieron capas protectoras de óxido de aluminio, a temperaturas promedio de 150 C en el sustrato, con una estructura amorfa mezclada con pequeños cristales de óxido de aluminio cúbico. La resistencia de los recubrimientos a la carburización se probó mediante termogravimetría en una atmósfera de metano y argón a 600 C y 800 C. Los resultados obtenidos de estos ensayos mostraron que el efecto del incremento del flujo de oxígeno no graduado con la aplicación de voltaje bias mejoró el desempeño de las películas. Las arquitecturas con estas características obtuvieron menores ganancias de masa. La ganancia de masa, se observó principalmente sobre la superficie en forma de partículas compuestas de carbono, sin embargo se observaron precipitaciones internas de carburos de cromo en algunas de las muestras. Las películas protectoras depositadas con capa de adhesión se fracturaron después de los ensayos de carburización en ambos valores de temperatura. Los análisis de difracción de rayos X de las muestras carburizadas indicaron la presencia de cristalinidad del óxido de aluminio, probablemente como producto de la transformación de la estructura amorfa. En síntesis, se concluye que es factible la deposición de capas de óxido de aluminio con estructura amorfa, a través del pulverizado reactivo con magnetrones no balanceados, y que las capas protectoras reducen el efecto de la carburización de la aleación.
Keywords:
Metal Dusting; Acero HK40; Deposición Física de Vapores; Carburización
Degree Program:
Doctoraod en Ciencias e Ingeniería de Materiales
Advisors:
Dra. Olimpia Salas Martínez; Dr. Joaquín Esteban Oseguera Peña
Committee Member / Sinodal:
Dr. Julio Alberto Juárez Islas; Dr. Víctor Manuel López Hirata.
Degree Level:
Doctor en Ciencias e Ingeniería de Materiales
School:
Escuela de Ingeniería y Ciencias
Campus Program:
Campus Estado de México
Discipline:
Ingeniería y Ciencias Aplicadas / Engineering & Applied Sciences
Appears in Collections:
Ciencias Exactas

Full metadata record

DC FieldValue Language
dc.contributor.advisorDra. Olimpia Salas Martínezen
dc.contributor.advisorDr. Joaquín Esteban Oseguera Peñaen
dc.contributor.authorÁlvarez Díaz, Jorgeen
dc.date2010-01en
dc.date.accessioned2016-09-02T11:04:44Z-
dc.date.available2016-09-02T11:04:44Z-
dc.date.issued2016-09-02-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11285/619509en
dc.description.abstractEn este trabajo se propone un método alternativo para prevenir la carburización catastrófica (metal dusting) a altas temperaturas en el acero HK40. El método se basa en el diseño y desarrollo de un recubrimiento con una arquitectura formada por capas delgadas que funcione como una barrera de difusión y que sea producido por deposición física de vapores. La estructura de la arquitectura se compone de una capa protectora de óxido de aluminio, una capa de soporte mecánico graduada y/o una capa de adhesión. Las películas se depositaron por pulverizado reactivo con magnetrones no balanceados utilizando corriente directa y se analizaron los efectos que varias variables del proceso tienen sobre la estructura y en las propiedades de las películas. Las variables analizadas fueron la potencia en el magnetrón, el voltaje bias aplicada al sustrato, el flujo de oxígeno y el modo de suministro del flujo de oxígeno. El propósito de este análisis, fue determinar el intervalo de valores de los parámetros del proceso, de tal manera que puedan producirse sistemáticamente películas densas, adherentes y con la estabilidad térmica y mecánica requerida. Las películas de aluminio y de óxido de aluminio presentaron muy buena adherencia, ya que no se observaron desprendimientos de película. Se encontró que el incremento en la potencia en el magnetrón está asociado con la reducción en la tenacidad, tanto en las capas de adhesión como en las de óxido. Respecto al voltaje bias, se observó una relación directa con el nivel de rugosidad y con la densidad, y el incremento en el flujo de oxígeno con la reducción en la tenacidad y la densidad de la película. Se obtuvieron capas protectoras de óxido de aluminio, a temperaturas promedio de 150 C en el sustrato, con una estructura amorfa mezclada con pequeños cristales de óxido de aluminio cúbico. La resistencia de los recubrimientos a la carburización se probó mediante termogravimetría en una atmósfera de metano y argón a 600 C y 800 C. Los resultados obtenidos de estos ensayos mostraron que el efecto del incremento del flujo de oxígeno no graduado con la aplicación de voltaje bias mejoró el desempeño de las películas. Las arquitecturas con estas características obtuvieron menores ganancias de masa. La ganancia de masa, se observó principalmente sobre la superficie en forma de partículas compuestas de carbono, sin embargo se observaron precipitaciones internas de carburos de cromo en algunas de las muestras. Las películas protectoras depositadas con capa de adhesión se fracturaron después de los ensayos de carburización en ambos valores de temperatura. Los análisis de difracción de rayos X de las muestras carburizadas indicaron la presencia de cristalinidad del óxido de aluminio, probablemente como producto de la transformación de la estructura amorfa. En síntesis, se concluye que es factible la deposición de capas de óxido de aluminio con estructura amorfa, a través del pulverizado reactivo con magnetrones no balanceados, y que las capas protectoras reducen el efecto de la carburización de la aleación.en
dc.languageesen
dc.language.isoesen
dc.rightsOpen Accessen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.titleProducción de Películas de Óxido de Aluminio por Deposición Física de Vapores para Prevenir la Carburización de la Aleación Hk40en
dc.typeTesis de Doctoradoes
thesis.degree.grantorInstituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterreyen
thesis.degree.levelDoctor en Ciencias e Ingeniería de Materialesen
dc.contributor.committeememberDr. Julio Alberto Juárez Islasen
dc.contributor.committeememberDr. Víctor Manuel López Hirata.en
thesis.degree.disciplineEscuela de Ingeniería y Cienciasen
thesis.degree.nameDoctoraod en Ciencias e Ingeniería de Materialesen
dc.subject.keywordMetal Dustingen
dc.subject.keywordAcero HK40en
dc.subject.keywordDeposición Física de Vaporesen
dc.subject.keywordCarburizaciónen
thesis.degree.programCampus Estado de Méxicoen
dc.subject.disciplineIngeniería y Ciencias Aplicadas / Engineering & Applied Sciencesen
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