Resumen La síntesis de películas delgadas por pulverización catódica o sputtering requiere la utilización de blancos o targets, que actúan como los materiales a partir de los cuales se elaboran los recubrimientos. Este trabajo está enfocado en la implementación del proceso de proyección térmica por plasma atmosférico para la fabricación de blancos de TiO2, que posteriormente puedan emplearse en la deposición de recubrimientos de TiO2 por magnetrón sputtering. Se partió de tres polvos de TiO2 comerciales de la marca Oerlikon Metco, los cuales fueron proyectados mediante diferentes parámetros de proyección para evaluar su efecto en la microestructura (porcentaje de poros y grietas en sección transversal) de los blancos de TiO2 obtenidos. Los blancos fueron caracterizados por microscopía electrónica de barrido y procesamiento de imágenes y utilizados en algunas pruebas de deposición sputtering para estimar la tasa de deposición. Los resultados permitieron identificar las variables que tienen un efecto más significativo sobre la microestructura de los blancos. En orden decreciente a la magnitud del efecto, estas variables son: la relación de gases generadores de plasma, la distancia de proyección, el flujo del gas de arrastre, la corriente en el arco eléctrico y la distribución de tamaños de partícula de la materia prima. Los porcentajes de defectos microestructurales encontrados durante la ejecución de las pruebas variaron entre 0.41 ± 0.30 % y 6.80 ± 2.03 %, rango que demuestra la importancia que puede llegar a tener el control de los parámetros de proyección en la fabricación de blancos mediante esta técnica.

Abstract The synthesis of thin films by sputtering requires the use of targets, which act as materials from which the coatings are made. This work is focused on the implementation of Atmospheric Plasma Spray (APS) for manufacturing TiO2 targets that can later be used in the deposition of TiO2 coatings by magnetron sputtering. Three commercial TiO2 powders, produced by Oerlikon Metco, were sprayed using different spray parameters to evaluate their effect on the microstructure (percentage of pores and cracks on the cross section) of the obtained TiO2 targets. The targets were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and image processing and used in sputtering deposition tests to estimate the deposition rate. The results enabled us to identify the variables with the most significant effect on the targets’ microstructure (in a decreasing order in terms of magnitude of the effect): ratio of plasma generating gases, stand-off distance, carrier gas flow rate, current in the electric arc, and particle size distribution of the raw material. The percentages of microstructural defects found during the tests ranged between 0.41 ± 0.30 % and 6.80 ± 2.03 %, which demonstrates the importance of controlling spray parameters in the manufacture of targets by this technique.

En este trabajo se evaluó el comportamiento a la corrosión en caliente en un ambiente de sales de un recubrimiento de circona estabilizada con un 7 % en peso de itria (YSZ), el cual fue elaborado por la técnica de proyección térmica por plasma atmosférico. El recubrimiento de YSZ fue estudiado con dos tipos de espesores de la capa de anclaje NiCrAlCo-Y2O3, el cual fue aplicado sobre una superaleación Inconel 718. La morfología de la materia prima, la microestructura y la fractura de la sección transversal del recubrimiento fueron evaluadas mediante microscopia electrónica de barrido (MEB). Las fases de la materia prima y del recubrimiento de YSZ fueron analizadas a partir de espectros de difracción de rayos X (DRX) y el ensayo de corrosión en sales fue realizado en presencia de V2O5 y Na2SO4 a una temperatura de 1050 ºC durante 40 h. La morfología de la superficie y las fases del recubrimiento después del ensayo de corrosión en caliente fueron evaluadas por MEB y DRX respectivamente. Según análisis de DRX, los ensayos de corrosión en caliente mostraron principalmente la formación de cristales de vanadatos de itrio (YVO4) y circona de fase monoclínica (m-ZrO2) en la superficie del recubrimiento, evidenciando la desestabilización del recubrimiento cerámico y en consecuencia la disminución de sus propiedades mecánicas y térmicas por la presencia de una gran cantidad de m-ZrO2. Los dos espesores de la capa de anclaje resistieron los esfuerzos térmicos generados durante el ensayo de corrosión en caliente, sin generar grietas apreciables ni delaminación en el recubrimiento.

In this study, hot corrosion behavior in molten salts of 7 wt. % Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) coatings manufactured by atmospheric plasma spraying was evaluated. YSZ coating was studied with two kind of thickness of NiCrAlCo-Y2O3 bond coat, which was elaborated on the Inconel 718 superalloy. The morphology of the raw material, the microstructure and fracture of the cross section of the coatings were evaluated by Microscopy Scanning Electron (SEM). The phases of the raw material and YSZ coating were analyzed from spectra of X-Ray Diffraction (XRD). Hot corrosion tests was performed in the presence of a mixture V2O5 and Na2SO4 powders at a temperature of 1050 °C for 40 h. The surface morphology and the phases of the coating after the hot corrosion test were evaluated by SEM and XRD respectively. Hot corrosion tests showed mainly the formation of yttrium vanadate crystals (YVO4) and monoclinic zirconia (m-ZrO2) in the top coating surface. These phases showed the destabilization of YSZ coating and therefore the decrease in its mechanical and thermal properties by the presence of a large amount of m-ZrO2 resulting from XRD analysis after hot corrosion test. The two thicknesses of the bond coat resisted the thermal stresses generated during the hot corrosion test without generating appreciable cracks or delamination in the thermal barrier coating.

The study of nanostructured coatings manufactured by thermal spraying has generated a great interest in the last two decades due to their considerable improved properties especially in the physical and mechanical properties. This improvement is to reduce grain sizes of their raw materials at scales of 100-1000 times lower compared to conventional coatings (microstructured). Thus, these coatings structured at the nano and sub micrometric scale start to be used in the industrial applications and, it is essential to study their mechanical properties for certain applications. Currently, the indentation is the main technique for characterizing thin films and coatings, despite being highly influenced by the defects of the coating in the vicinity of the indentation. Nanoindentation and microindentation is presented as the best option for evaluate the mechanical behavior of nanostructured coatings. For this reason, in this work the study of the effect of the structure of the 8 mol% yttria-stabilised zirconia coating (8YSZ) manufactured by suspension plasma spraying (SPS) and the relationship with its mechanical properties (hardness and elastic modulus) measures for nanoindentation and microindentation techniques was analyzed. Analysis of the structure of the cross section of coating exhibit a bimodal structure, which is composed by a zone with semi-molten nanoparticles (ZS) and lamellaes with a higher grade of fusion (ZF). Nanoindentation tests showed a bimodal Weibull distribution of the mechanical properties (hardness and elastic modulus) which is related to the two zones (ZF and ZS) present in the coating, while hardness (HV) and elastic modulus measured by microhardness, showed a monomodal distribution. These results of microhardness were influenced by the contact area of the indentation in zones composed of the bimodal structure of the YSZ coating.

El estudio de recubrimientos nanoestructurados fabricados mediante proyección térmica ha generado un gran interés en las últimas dos décadas debido a su considerable mejora en sus propiedades sobre todo en las propiedades físicas y mecánicas. Esta mejora resulta de reducir los tamaños de grano de su materia prima a escalas de 100 a 1000 veces más bajas comparadas con los recubrimientos convencionales microestructurados. Así, estos recubrimientos con estructuras a nivel nano y/o submicrométrica están empezando a ser usados en la industria gracias a sus sobresalientes propiedades y es fundamental el estudio de sus propiedades mecánicas para determinadas aplicaciones. En la actualidad, la indentación es la principal técnica de caracterización de recubrimientos y películas delgadas, a pesar de estar altamente influenciada por los defectos propios del recubrimiento en la vecindad de la indentación. La nanoindentación y la microindentación se presentan como la mejor opción para evaluar el comportamiento mecánico de estos recubrimientos nanoestructurados. Por esta razón, en este trabajo se analizó el efecto de la estructura de un recubrimiento de circona estabilizada con 8% en mol de itria (8YSZ) elaborado por proyección térmica por plasma a partir de suspensiones nanométricas (SPS) y su relación con sus propiedades mecánicas (dureza y módulo de elasticidad) medidas por las técnicas de nanoindentación y microindentación. El análisis de la estructura de la sección transversal mostró que el recubrimiento exhibe una estructura bimodal, la cual está compuesta por una zona con partículas nanométricas semifundidas (ZS) y lamelas con mayor grado de fusión (ZF). Los ensayos de nanoindentación mostraron una distribución de Weibull bimodal de sus propiedades mecánicas, la cual característica de este tipo de recubrimientos; mientras que la dureza (HV) y el módulo de elasticidad evaluados por microindentación, presentaron una distribución monomodal. Estos resultados de microindentación estuvieron influenciados por el área de contacto en las zonas indentadas en la estructura bimodal del recubrimiento.