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Adhesion enhancement on a duplex DLC HiPIMS positive pulse doating performed by active screen plasma nitriding pretreatment on 316L stainless steel substrate
(Hindawi, 2022) Gómez Alonso, Íñigo; García Lorente, José Antonio; Santiago, José A.; Fernández, Iván; Braceras, Íñigo; Ingeniería; Ingeniaritza; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
Diamond-like carbon (DLC) coatings have been the object of research interest due to properties such as excellent wear resistance, low coefficient of friction, high hardness, high elastic modulus, and biocompatibility. Despite this, DLC has poor adhesion properties, which makes it challenging to use in industrial applications. The application of DLC using the high-power pulse magnetron sputtering (HiPIMS) technique with positive pulses has been studied. Seeking greater DLC coating adherence, the application of a nitriding pretreatment prior to the DLC coating has been studied to improve its adhesion to AISI316L stainless steel soft metal substrates, employing active screen plasma nitriding (ASPN). The influence of the different pretreatment temperatures to reach the maximum levels of adhesion has been analyzed. Scratch methods have been employed to assess adhesion. The elemental composition, morphology, and roughness of the samples have been studied, as well as the behavior of resistance to wear and friction. The results show an improvement in DCL adhesion. Critical loads (LC3) increase at higher pretreatment temperatures, from 48 N for the DLC to 82 N for the ASPN + DLC. Pretreatment has also been shown to be effective in maintaining excellent dry wear resistance properties and a low coefficient of friction.
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Nuevas tecnologías de tratamiento dúplex para la mejora de la adherencia de recubrimientos DLC sobre acero inoxidable austenítico
(2024) Gómez Alonso, Íñigo; García Lorente, José Antonio; Ingeniería Mecánica, Energética y de Materiales; Mekanika, Energetika eta Materialen Ingeniaritza
El acero inoxidable austenítico AISI 316L, conocido por sus excelentes propiedades anticorrosivas y resistencia a la corrosión en ambientes agresivos, ha sido un material fundamental en diversas aplicaciones industriales y biomédicas. Este acero presenta una composición que incluye cromo, níquel y molibdeno, confiriéndole una estabilidad química única y una alta tenacidad, lo que lo convierte en una elección predominante en entornos agresivos. Para potenciar las capacidades de este versátil material, se han explorado innovadoras técnicas de recubrimiento de carbón como diamante (DLC). En este contexto, los recubrimientos depositados mediante la técnica de pulverización catódica de magnetrón de impulsos de alta potencia (HiPIMS) por pulsos positivos sobre el acero inoxidable austenítico AISI 316L han emergido como una estrategia prometedora para mejorar sus propiedades superficiales. Estos recubrimientos HiPIMS de pulsos positivos ofrecen ventajas sustanciales sobre las técnicas convencionales, destacándose por su capacidad para producir capas delgadas con una alta densidad de corriente iónica y una mayor energía de impacto. Esto resulta en una adhesión mejorada y una estructura densa del recubrimiento, proporcionando propiedades mecánicas y tribológicas superiores. Para optimizar la resistencia al desgaste y mejorar las propiedades del acero inoxidable, se ha empleado la técnica de implantación iónica por inmersión en plasma (PIII). Esta estrategia permite la creación de gradientes de dureza en la superficie del sustrato, mejorando la capacidad del material para resistir fuerzas abrasivas y contribuyendo a una mayor vida útil en condiciones de fricción. Mediante la aplicación de la nitruración de plasma apantallada (ASPN), se logra una mejora significativa en la adherencia del recubrimiento DLC. Esta técnica permite la formación de una capa nitrurada en la interfaz sustrato-recubrimiento, mejorando la adherencia y proporcionando una resistencia adicional contra el desprendimiento prematuro. La incorporación de sustratos fabricados mediante técnicas de fabricación aditiva presenta un nuevo enfoque de utilización de recubrimientos sobre acero inoxidable. Aunque se observa una disminución en algunas propiedades en comparación con los tratamientos anteriores, el empleo de tratamientos dúplex con nitruraciones mediante plasma apantallada demuestra ser especialmente beneficioso en el contexto de sustratos 3D. El principal aporte de la presente tesis en el ámbito de los tratamientos dúplex radica en la aplicación de las técnicas de recubrimiento DLC WC:C mediante HiPIMS de pulsos positivos, con la introducción de gradientes de dureza mediante los procesos de PIII y ASPN. Además, se llevó a cabo la aplicación de estas técnicas sobre sustratos fabricados mediante tecnologías de fabricación aditiva. Este estudio estuvo orientado a comparar las propiedades superficiales del acero inoxidable austenítico AISI 316L, potenciando las características mecánicas y tribológicas de los recubrimientos DLC. Este enfoque no solo contribuye al fortalecimiento de la adherencia de los recubrimientos, sino que también abre nuevas perspectivas para su aplicación en diversos sectores industriales y biomédicos.
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Improved adhesion of the DCL coating using HiPIMS with positive pulses and plasma immersion pretreatment
(MDPI, 2021) Gómez Alonso, Íñigo; Santiago, José A.; Fernández, Iván; Diaz, Cristina; Mändl, Stephan; García Lorente, José Antonio; Claver Alba, Adrián; Ingeniaritza; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Ingeniería; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, 0011-1408-2018-000000
Diamond-like carbon (DLC) coatings are used due to their extraordinary tribomechanical properties, great hardness, high elastic modulus, high wear resistance, low friction coefficient and chemical inertness, which provide them with biocompatibility. Compared to other physical vapor deposition (PVD) coatings of transition nitrides and carbonitrides, DLC has limited adhesion, so it is necessary to develop new techniques to overcome this limitation. This work reports the results of scratch testing for the measurement of adhesion and of tests for wear resistance and nanoindentation in AISI 316L stainless steel coated with a WC:C coating, produced using novel high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) technology with positive pulses. In addition, the use of a preceding surface modification technique, specifically plasma immersion ion implantation (PIII), was studied with the aim of optimizing the adhesion of the coating. The results show how the coating improved the tribomechanical properties through the use of positive pulse HiPIMS compared to conventional HiPIMS, with an adhesion result that reached critical load values of 48.5 N and a wear coefficient of 3.96 × 10−7 mm3/nm.

Gómez Alonso, Íñigo

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