Vanadium carbide films grown by reactive magnetron sputtering on m2 steel substrates

Abstract

Se crecieron películas delgadas de carburo de vanadio sobre sustratos de aceros M2 usando magnetron sputtering reactivo R.F. y un blanco de vanadio de 2 pulgadas de diámetro (99.99 %). El flujo de metano CH 4 se vario desde 0.5 a 3.0 sccm en la mezcla de Ar/CH4. El análisis por difracción de rayos X (XRD), muestra que las películas son predominantemente cristalinas y exhiben dos fases del sistema binario VC. Los difractogramas de XRD muestran una orientación cristalográfica predominante en los picos (200) y (111) debido a la estructura tipo NaCl de la fase VC subestequiometrica. La intensidad de este pico aumenta con la concentración de metano. Picos asociados a la fase β-V2C se pueden observar en los difractogramas que se revelan a altas concentraciones de metano. La morfología de las superficies de las capas fue analizada por AFM. Las propiedades tribológicas tales como coeficiente de fricción y adhesión fueron estudiadas usando las técnicas de pin on disk y scratch. El coeficiente de fricción disminuye desde 0.8 a 0.3 y la carga crítica varía desde de 30N a 50N al aumentar la concentración de metano. La dureza de las películas medidas por medio de nanoindentación fue entre 8 y 20 GpaVanadium carbide thin films were grown over M2 steel substrates using RF Magnetron reactive sputtering and a 2-inch diameter target (99.99 %). CH4 methane flow varied from 0.5 to 3.0 sccm. in the mixture of Ar/CH4. X Ray diffraction analysis show that the films are predominantly crystalline and exhibit two phases of the VC binary system. The XRD diffractograms show a predominant crystallographic orientation (111) due to the NaCl-type structure substoichiometric VC phase. The intensity of this peak increases with the concentration of methane. Peaks associated to the β-V2C phase can be observed in the diffractograms which revealed high concentrations of methane. The morphology of the surface layers was analyzed by AFM. Tribological properties such as the friction and adhesion coefficient were studied using the pin-on diskand-scratch test techniques. The friction coefficient decreases in a scale from 0.8 to 0.3 and the critical load varied between 30 N to 50 N when the methane concentration was increased. The thin films’ hardness was measured by nano-indentation technique and the values were between 8 and 20 Gp