Recubrimientos duros de TiN como candidato a material de referencia para la metrología de superficies en química: caracterización y cuantificación mediante técnicas de análisis de superficie y de volume
DOI:
https://doi.org/10.3989/revmetalm.231Palabras clave:
ANOVA, Caracterización de materiales, Metrología, Recubrimiento TiNResumen
Este estudio presenta la síntesis y caracterización de recubrimientos duros de TiN como material de referencia candidato para la metrología de superficies en química. Los recubrimientos de TiN se cultivaron en una oblea de silicio con orientación (111) usando deposición con magnetrón reactivo dc. La difracción de rayos X confirma que los recubrimientos de TiN son policristalinos, la microscopía electrónica demuestra que los recubrimientos de TiN presentan granos de forma piramidal que van desde la escala sub-micrométrica hasta la nanométrica y con un espesor promedio de 666 nm. Según los resultados de micro-Raman, la presencia de modos de fonón LO confirma que los recubrimientos de TiN son de naturaleza cristalina y no se detectan impurezas. Las propiedades mecánicas a nanoescala se evalúan utilizando microscopía atómica de fuerza acústica de seguimiento de resonancia. La composición química del TiN revela una relación atómica cercana a 1:1. El ANOVA se utiliza para evaluar la homogeneidad del TiN mediante una prueba de homogeneidad según la Guía ISO 35:2017, mientras que, en cuanto a la composición química del Ti, la prueba de Fisher demuestra que el lote puede considerarse homogéneo.
Descargas
Citas
Caicedo, J.C., Gómez de Prieto, M.E. (2006). Producción y Caracterización de Superredes de Nitruro de Titanio-Nitruro de Zirconio como Recubrimientos duros sobre Acero para Sustitución de un producto Importado en el Corte del Papel. Tesis de Pregrado, Universidad del Valle, Santiago de Cali, Colombia.
Cullity, B.C., Stock, S.R. (2001). Elements of X-Ray Diffraction. 3rd Ed., Prentice-Hall Inc., pp. 96-102.
Chen, S.X., Li, J., Zhong, P.S. (2019). Two-sample and ANOVA tests for high dimensional means. Ann. Stat. 47 (3), 1443-1474. https://doi.org/10.1214/18-AOS1720
Das, S., Guha, S., Ghadai, R., Swain, B.P. (2021). A comparative analysis over different properties of TiN, TiAlN and TiAlSiN thin film coatings grown in nitrogen gas atmosphere. Mater. Chem. Phys. 258, 123866. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123866
Ellison, S.L.R. (2015). Homogeneity studies and ISO Guide 35:2006. Accred. Qual. Assur. 20, 519-528. https://doi.org/10.1007/s00769-015-1162-z
Enriquez-Flores, C.I., Gervacio-Arciniega, J.J., Cruz-Valeriano, E., De Urquijo-Ventura, P., Gutierrez-Salazar, B.J., Espinoza-Beltran, F.J. (2012). Fast frequency sweeping in resonance-tracking SPM for high-resolution AFAM and PFM imaging. Nanotechnology 23, 495705. https://doi.org/10.1088/0957-4484/23/49/495705
PMid:23149480
Falcone, R., Sommariva, G., Verità, M. (2006). WDXRF, EPMA and SEM/EDX quantitative chemical analyses of small glass samples. Mikrochim. Acta 155, 137-140. https://doi.org/10.1007/s00604-006-0531-z
Fazel, Z.A., Elmkhah, H., Fattah-Alhosseini, A., Babaei, K., Meghdari, M. (2020). Comparing electrochemical behavior of applied CrN/TiN nanoscale multilayer and TiN single-layer coatings deposited by CAE-PVD method. J. Asian Ceram. Soc. 8, 510-518. https://doi.org/10.1080/21870764.2020.1756065
Feng, X., Zhang, Y., Hu, H., Zheng, Y., Zhang, K., Zhou, H. (2017). Comparison of mechanical behavior of TiN, TiNC, CrN/TiNC, TiN/TiNC films on 9Cr18 steel by PVD. Appl. Surf. Sci. 422, 266-272. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.05.042
Ferrarini, P., Lamagna, L., Revello, F.D. (2022). Thin Films Characterization and Metrology. In: Silicon Sensors and Actuators. Vigna, B., Ferrari, P., Villa, F.F., Lasalandra, E., Zerbini, S. (Eds), Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80135-9_4
.
Hartung, J., Argaç, D., Makambi, K.H. (2002). Small sample properties of tests on homogeneity in one-way Anova and meta-analysis. Stat. Pap. 43, 197-235. https://doi.org/10.1007/s00362-002-0097-8
Hernández, L.C., Ponce, L., Fundora, A., López, E., Pérez, E. (2001). Nanohardness and Residual Stress in TiN Coatings. Materials 4 (5), 929-940. https://doi.org/10.3390/ma4050929
PMid:28879958 PMCid:PMC5448585
Hussein, M.A., Adesina, A.Y., Kumar, A.M., Sorour, A.A., Ankah, N., Al-Aqeeli, N. (2020). Mechanical, in-vitro corrosion, and tribological characteristics of TiN coating produced by cathodic arc physical vapor deposition on Ti20Nb13Zr alloy for biomedical applications. Thin Solid Films 709, 138183. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.138183
Ipaz Cuastumal, L.M., Zambrano, G.A. (2013). Propiedades Mecánicas y Tribológicas de Recubrimientos Ternarios Nanoestructurados basados en Titani, Aluninio y Cromo obtenidos por el Método de Co-Sputtering. Tesis doctoral, Universidad del Valle, Santiago de Cali, Colombia.
ISO Guide 35 (2017). Reference materials - Guidance for characterization and assessment of homogeneity and stability.
ISO 20579-4 (2018). Surface chemical analysis - Guidelines to sample handling, preparation and mounting - Part 4: Reporting information related to the history, preparation, handling and mounting of nano-objects prior to surface analysis.
Kim, K.J., Kim, A., Kim, C.S., Song, S.W., Ruh, H., Unger, W.E.S., Radnik, J., Mata-Salazar, J., Juarez-García, J.M., Cortazar-Martínez, O. (2021), Thickness measurement of nm HfO2 films. Metrologia 58, 1A. https://doi.org/10.1088/0026-1394/58/1A/08016
Lu, G., Yu, L., Ju, H., Zuo, B., Xu, J. (2020). Influence of nitrogen content on the thermal diffusivity of TiN films prepared by magnetron sputtering. Surf. Eng. 36 (2), 192-198. https://doi.org/10.1080/02670844.2019.1646964
Marinenko, R.B., Sieber, J.R., Yu, L.L., Butler, T.A., Leigh, S. (2004). A New NIST SRM® for Microanalysis and X-ray Fluorescence, TiAl(NbW) Alloy. Microsc. Microanal. 10 (2), 926-927. https://doi.org/10.1017/S1431927604884708
Martin, C.G., Games, P.A. (1977). Anova Tests for Homogeneity of Variance: Nonnormality and Unequal Samples. J. Educ. Stat. 2 (3), 187-206. https://doi.org/10.3102/10769986002003187
Mathia, T.G., Pawlus, P., Wieczorowski, M. (2011). Recent trends in surface metrology. Wear 271 (3-4), 494-508. https://doi.org/10.1016/j.wear.2010.06.001
Matthews, A. (1985). Titanium Nitride PVD Coating Technology. Surf. Eng. 1(2), 93-104, https://doi.org/10.1179/sur.1985.1.2.93
Muratore, C., Hu, J.J., Voevedin, A.A. (2007). Adaptive nanocomposite coatings with a titanium nitride diffusion barrier mask for high-temperature tribological applications. Thin Solid Films 515 (7-8). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2006.09.051
Mustapha, N., Fekkai, Z. (2020). Impact of nitrogen reactive gas and substrate temperature on the optical, electrical and structural properties of sputtered TiN thin films. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 31, 20009-20021. https://doi.org/10.1007/s10854-020-04523-z
Rojas-Chávez, H., González-Domínguez, J.L., Román-Doval, R., Juárez-García, J.M., Daneu, N., Farías, R. (2018). ZnTe semiconductor nanoparticles: A chemical approach of the mechanochemical synthesis. Mater. Sci. Semicond. Process. 86, 128-138. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2018.06.029
Rossbach, M., Grobecker, K.-H. (1999). Homogeneity studies of reference materials by solid sampling - AAS and INAA. Accred. Qual. Assur. 4, 498-503. https://doi.org/10.1007/s007690050422
Senthilkumar, V., Venkatachalam, S., Viswanathan, C., Gopal, S., Narayandass, S.K., Mangalaraj, D., Wilson, K.C., Vijayakumar, K.P. (2005). Influence of substrate temperature on the properties of vacuum evaporated InSb films. Cryst. Res. Technol. 40 (6), 573-578. https://doi.org/10.1002/crat.200410385
Silva, F.C., Tunes, M.A., Sagás, J.C., Fontana, L.C., De Lima, N. B., Schön, C.G. (2020). Mechanical properties of homogeneous and nitrogen graded TiN thin films. Thin Solid Films 710, 138268. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.138268
Spengler, W., Kaiser, R. (1976). First and second order Raman scattering in transition metal compounds. Solid State Commun. 18 (7), 881-884. https://doi.org/10.1016/0038-1098(76)90228-3
Wolfgang, E.S., Unger, Fujimoto, T. (2022). The Surface Analysis Working Group at the Consultative Committee for Amount of Substance, Metrology in Chemistry and Biology: A successful initiative by Martin Seah. Surf. Interface Anal. 54 (4), 314-319. https://doi.org/10.1002/sia.7033
Xiao, L., Yan, D., He, J., Zhu, L., Dong, Y., Zhang, J., Li, X. (2007). Nanostructured TiN coating prepared by reactive plasma spraying in atmosphere. Appl. Surf. Sci. 253 (18), 7535-7539. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.03.062
Yang, Y., Wang, T., Yao, T., Li, G., Sun, Y., Cao, X., Ma, L., Peng, S. (2020). Preparation of a novel TiN/TiNxOy/SiO2 composite ceramic films on aluminum substrate as a solar selective absorber by magnetron sputtering. J. Alloys Compd. 815, 152209. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152209
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2022 Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
© CSIC. Los originales publicados en las ediciones impresa y electrónica de esta Revista son propiedad del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, siendo necesario citar la procedencia en cualquier reproducción parcial o total.
Salvo indicación contraria, todos los contenidos de la edición electrónica se distribuyen bajo una licencia de uso y distribución “Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional ” (CC BY 4.0). Consulte la versión informativa y el texto legal de la licencia. Esta circunstancia ha de hacerse constar expresamente de esta forma cuando sea necesario.
No se autoriza el depósito en repositorios, páginas web personales o similares de cualquier otra versión distinta a la publicada por el editor.
Datos de los fondos
Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
Números de la subvención LN2015-254119
Tecnológico Nacional de México
Números de la subvención 616117-P
