Estudio por GXRD de la formación de fases en metales de los grupos IV y V por implantación iónica de nitrógeno

Abstract

La implantación iónica de altas dosis de nitrógeno produce cambios significativos en la composición y estructura de las capas más externas de los materiales tratados. Estos cambios se reflejan en la modificación de las propiedades mecánicas superficiales, pudiendo conseguirse aumentos importantes de dureza y resistencia al desgaste. En el presente trabajo se presenta un resumen de los cambios en las propiedades mecánicas superficiales producidos por la implantación iónica de nitrógeno en los distintos metales de los grupos IV (Ti, Zr, Hf) y V (V, Nb, Ta), intentándose relacionar dichos cambios con las distintas fases formadas estudiadas mediante técnicas de difracción de rayos X con ángulo rasante (GXRD). La caracterización por GXRD pone de manifiesto el papel del nitrógeno como responsable de los cambios en la microdureza y de las propiedades tribológicas observadas. Palabras clave: Implantación iónica, GXRD, Dureza, Tribología GXRD study of phase formation in metals of IV and V groups ion implanted with nitrogenHigh doses of nitrogen ion implantation introduce important modifications in the composition and microstructure of the most outer surface of the treated materials. Owing to this modifications, treated materials increase dramatically hardness and wear resistance. In this paper the changes in hardness and in the tribological properties of the groups IV and V are summarized. Special emphasis is given to the relationships between these improvements and the results obtained from GXRD analysis. Moreover GXRD results are showing the role of nitrogen in the improvements of hardness and the tribological properties. Keywords: Ion implantation, GXRD, Hardness, Tribology IntRoDuccIónLos metales y aleaciones de los grupos IV y V (titanio, circonio, hafnio, vanadio, tantalo y tungsteno) son ampliamente utilizados en distintas aplicaciones industriales. Por ejemplo, el titanio y sus aleaciones son empleadas ampliamente en el sector aeroespacial y biomédico, el circonio y el vanadio en aplicaciones nucleares (1,2), y el tántalo y el tungsteno en aplicaciones que requieran resistencia a elevadas temperaturas. Aunque estos materiales poseen en general buenas propiedades de resistencia mecánica, ofrecen unas pobres propiedades tribológicas, sufriendo altos grados de desgaste y un rápido deterioro superficial. Recientemente se han publicado estudios sistemáticos que recogen las mejoras que produce la implantación ionica de nitrógeno en estos materiales, apuntando a la precipitación de nitruros como el principal responsable de estas mejoras (3,5). En este artículo se resumen y comentan los efectos y las modificaciones producidos por la implantación de distintas dosis de nitrógeno atómico y molecular sobre los metales de los grupos IV y V, tratando de relacionar los cambios en las propiedades tribológicas con la precipitación de las distintas fases caracterizadas por GXRD. Detalles eXpeRImentales. materiales y preparación.Se prepararon probetas de Titanio de 30 mm de diámetro a partir de barras de Ti GR.2 recocido. El resto ...