Caracterización electroquímica de películas delgadas de TiO2 en un acero inoxidable

austenítico 316L Clave 20070258

Resumen En este trabajo se caracterizo y estudio estructuralmente las películas delgadas de TiO2 depositadas en probetas de un acero inoxidable AISI 304 para mejorar el deterioro corrosivo de este acero. Las películas delgadas de TiO2 fueron depositadas sobre sustratos de acero inoxidable AISI 304 con la técnica de RF-Sputtering reactivo con magnetrón bajo los siguientes parámetros: la presión controlada fue de 50 m Torrs, el flujo de oxígeno 0.72 cm3, el flujo de Argón fue de 12 cm3, la potencia del RF fue de 70 watts. La caracterización estructural de estas películas delgadas se realizó con las técnicas: difracción de rayos-x, microscopía de luz y electrónica de barrido. La primera técnica proporciona información sobre la texturización del sustrato, la cual fue inesperada debido a las temperaturas de los tratamientos térmicos a los cuales fueron sometidas las muestras; de igual forma, se identificó a la película delgada de TiO2 donde se muestra que la película se presenta en su fase de Rutilo. Con la técnica de microscopía de luz se obtuvo en forma general la superficie de la película depositada; y con microscopía electrónica de barrido se midió el espesor y la composición química de las películas delgadas. Es importarte señalar, que el Instituto de Física de la UNAM nos facilito los equipos para la caracterización de las películas depositadas en el acero inoxidable AISI 304, también quiero mencionar, debido a mi cambio de adscripción al ESIME-Azcapotzalco no va ser posible continuar con el proyecto del programa “Preparación y estudio de sistemas basados en óxidos de silicio y titanio para aplicaciones tecnológicas”, programado por un periodo de 3 años.

Introducción Las películas delgadas son una de las áreas en la ciencia de materiales de gran importancia ya que en años recientes han permitido dar pasos gigantescos en la tecnología, y en diferentes líneas de investigación. Este hecho se atribuye a las propiedades, aplicaciones y ventajas que las películas delgadas presentan. Los recubrimientos constituyen una de las aplicaciones muy importante de las películas delgadas. En este caso la tecnología de RF-magnetrón Sputtering reactivo nos da la posibilidad de manipular elementos puros o en forma de compuestos para llevar acabo reacciones controladas y producir películas con diferentes espesores. Estas películas pueden ser depositadas sobre una gran variedad de sustratos con formas y composiciones químicas totalmente diferentes a temperaturas relativamente bajas. La funcionalidad de los recubrimientos derivados de la técnica de RF-magnetrón Sputtering reactivo, sin lugar a dudas es numerosa. Algunas de sus aplicaciones son: la conductividad eléctrica, la superconductividad, el comportamiento ferro-eléctrico, el almacenaje de datos, el barrido selectivo para la permeabilización de gas, así como en la aplicación de recubrimientos protectores para mejorar la resistencia al fenómeno de la corrosión.

Los recubrimientos de dióxido de titanio sobre aceros o sobre latón presentan, por ejemplo, una alta resistencia a la corrosión [1]. Los aceros inoxidables del tipo AISI 304 son los más representativos de la clasificación de los aceros inoxidables austeníticos ya que el 19 % en Cr y 10 % en Ni lo hacen poseedor de una buena resistencia a la corrosión atmosférica, de ahí que se empleen de manera significativa en la industria química, alimenticia, y médica; además de tener aplicaciones típicas en las plantas de procesado de la pulpa de papel, sistemas de conducción de agua de mar, construcción de elementos estructurales de plataformas marinas, entre algunas otras aplicaciones [2]. Una de las características más importantes de estos aceros inoxidables es su alta resistencia a la corrosión. El cromo es un elemento con un índice de reacción muy grande, y forma una “capa pasiva” que favorece a la protección de los aceros inoxidables cuando son sometidos a ambientes altamente agresivos, dando una excelente resistencia a la corrosión. Estos aceros son comúnmente empleados en procesos químicos en donde existe la presencia de medios muy agresivos, y debido a su propiedad de autopasivación experimentan una corrosión local en medios que contienen iones de cloruros [3]. Para mejorar el deterioro corrosivo de estos aceros se han desarrollado técnicas superficiales de ingeniería como la producción de películas delgadas depositadas en los aceros para protección de los mismos. Es por ello que en este trabajo nos interesa el estudio de los recubrimientos de dióxido de titanio depositados sobre sustratos de acero inoxidable AISI 304 por la técnica de RF-magnetrón Sputtering reactivo. El funcionamiento de un recubrimiento para una aplicación en particular depende tanto de la estructura del sustrato como de la estructura de la película delgada, así como de su comportamiento después de un tratamiento térmico. De ahí, que conocer estos parámetros es crucial en su desempeño y aplicación tecnológica. Por lo tanto, en este trabajo se describirá la estructura y comportamiento del sustrato AISI 304 y de la película delgada de TiO2 producida vía pulverización catódica a temperatura ambiente en una atmósfera controlada, y tratada térmicamente a 450ºC y 550ºC.

Métodos y Materiales Para poder llevar un buen control sobre las condiciones de procesamiento, el depósito de los recubrimientos de TiO2, el espesor obtenido del recubrimiento y la estructura obtenida del recubrimiento, fue necesario realizar una buena preparación metalográfica y establecer los parámetros al momento del depósito de los recubrimientos, así como establecer bien el tipo de preparación de la muestra para poder ser analizada con cualquiera de los equipos de caracterización utilizados. La metodología experimental para este trabajo se dividió en tres pasos. 1) La preparación metalográfica del sustrato. 2) La producción de la película delgada. 3) La caracterización de las películas delgadas. El hecho de llevar acabo la metodología y usar correctamente dichos equipos permitió la realización de este estudio de las películas delgadas de TiO2 actuando como recubrimientos protectores sobre aceros inoxidables del tipo AISI 304.

Metodología para la preparación de muestras La preparación del sustrato inició con el corte de los mismos con disco abrasivo y enfriado con agua, para obtener placas con dimensiones de 1.5 cm2. Después, del corte de las muestras, se realizaron las etapas de desbaste grueso y fino, así como el pulido grueso y fino de los sustratos. Para desbastar la superficie y así dar planicidad a las superficies irregulares que pudiera tener el sustrato, primero se emplearon lijas de

tamaño de grano desde 180 partículas por pulgada cuadrada (p.p.c.) pasando por las lijas de 240, 320, 400, 600, 1000, hasta llegar a la lija de 1200. Se usó como lubricante agua. Después del desbaste con las lijas de tamaño de grano ya mencionados, se continuó con paños a los cuales se les aplicó una solución de alúmina en suspensión con tamaño de partícula desde 1µm, pasando por 0.3 µm y por último 0.05 µm, con lo cual se obtuvo una superficie totalmente limpia con acabado espejo. Después de asegurar la limpieza y planicidad del sustrato, se realizó un ataque químico. Esto se llevó a cabo con la inmersión de la muestra en una combinación adecuada de reactivos químicos tal y como lo es el NITAL (98% vol. HNO3 y 2% vol. alcohol etílico), con el fin de revelar los detalles microestructurales. Se identificaron los límites de grano del sustrato y, al mismo tiempo, se aseguró la obtención de una superficie libre de impurezas. Por último, se tomó una micrografía del sustrato. El examen óptico reveló en algunas ocasiones la necesidad de repetir el pulido final y ataque químico debido a la falta de homogeneidad y limpieza de la superficie del sustrato. De esta manera, se obtuvieron muestras con una superficie microestructural satisfactoria.

Deposito de la película delgada Después de haber realizado el ataque químico a los sustratos, primero se realizó una limpieza de sustrato ultrasónica con el objetivo de eliminar las trazas del NITAL. Para lo cual, fue muy importante el haber lavado los sustratos con agua y jabón neutro. Posteriormente se sumergió al sustrato en un recipiente que contiene una solución de acetona, y se dejó expuesto a la frecuencia del ultrasonido durante 15 min. Se sumergió de nuevo al sustrato en un recipiente el cual contuvo con una solución de etanol y se sometió nuevamente a la frecuencia del ultrasonido por un periodo de 15 min. Después se volvió a sumergir al sustrato en un recipiente con una solución de isopropanol y el tiempo de exposición a la frecuencia del ultrasonido fue de 10 min. Por último, el sustrato se sumergió en un recipiente con agua desionizada y al ultrasonido por un periodo de 10 min. Inmediatamente después se secó la muestra aplicando un flujo controlado de nitrógeno a 20 sccm (centímetros cúbicos estándar por minuto). Dentro de la etapa de preparación de los sustratos el procedimiento de la limpieza es un paso fundamental, ya que un mal desengrasado puede llegar a influir para que el depósito sobre el metal sea de muy mala calidad y como consecuencia la película depositada se desprenda, se contamine, o se degrade. Una vez limpio el sustrato, éste se introdujo inmediatamente después del secado para evitar contaminación del medio ambiente, a la cámara de vacío del RF-Magnetrón Sputtering reactivo, el cual se encuentra en el Laboratorio de Materiales Funcionales del CICATA-IPN, Unidad Altamira; una vez adentro de la cámara de vacío, se dio inicio al depositó las películas delgadas de TiO2 sobre los sustratos. La presión base con la cual se asegura un buen depósito de las películas dentro de la cámara de vacío del RF-Sputtering fue de 1.0x10 -6 Torrs. Este vació se logra mediante una bomba turbo molecular, y el vacío en la cámara se determina por medio de un sensor iónico de cátodo frío. El flujo de los gases introducidos al interior de la cámara fue regulado por medio de dos controladores de flujo másico. El contralor para el flujo de oxígeno fue de la marca MKS y para controlar el flujo de argón el controlador fue de la marca Tylan. Estos controladores fueron operados a través de un control multigas modelo 147 de la compañía MKS. Para monitorear y controlar la presión de crecimiento y velocidad de bombeo se utilizó un manómetro capacitivo llamado Baratrón tipo 622 acoplado a una válvula de conductancia variable tipo 253 de MKS. Para crear el plasma se empleó un magnetrón de 2” de diámetro de la compañía Kart J. Lesker, y una fuente de poder de radio frecuencia, marca Advanced Energy Industries, modelo RFX 600. Se utilizó un

portasustrato de acero inoxidable 316 el cual se encuentra a una distancia del blanco de Titanio de 8 cm. El magnetrón, en una configuración off-axís, fue rotado a una velocidad de 100 r.p.m. Los gases usados fueron argón grado 5.0 y oxígeno grado 4.3 ambos con alta pureza y provenientes de la empresa Praxair. Las películas fueron depositadas por Co-Sputtering con un sólo blanco, por lo cual se utilizó una pastilla de Ti de 2” de diámetro con un espesor de 0.250” y una pureza de 99.999 %. (SCI Engineered Materials, Inc.). El arranque y control de los parámetros del equipo de Sputtering se llevaron a cabo de la siguiente manera. Antes del depósito se realizó la preparación de la cámara del Sputtering y de los parámetros de depósito, para ello fue necesario hacer un “Pre-Sputtering” con las siguientes condiciones: la presión controlada fue de 50 mTorrs, el flujo controlado de oxígeno fue de 0.72 cm3 y el flujo de argón fue de 12 cm3, esto se realizó en un periodo de 15 minutos; inmediatamente después se realizó el deposito de las películas delgadas con un tiempo aproximado de 2 hrs., bajo los siguientes parámetros: la limpieza de la cámara (flushing) con argón, a una presión controlada de 25 mTorrs, el flujo controlado de oxígeno fue de 0.72 cm3 y un flujo de argón de 12 cm3, la potencia del RF-Sputtering para todos los casos fue de 70 watts. Al obtener las películas delgadas ya depositadas sobre el sustrato de acero inoxidable se efectuó un tratamiento térmico, a temperaturas de 450º C y de 550º C durante 2 horas en una atmósfera de calentamiento controlada de gas argón, el tiempo estimado de 2 horas del tratamiento térmico empezó a contar desde que la temperatura de tratamiento llego a los 450 y 550ºC respectivamente. Este tratamiento térmico se realizó en una evaporadora construida en el laboratorio de materia condensada del Instituto de Física de la UNAM (IFUNAM).

Difracción de Rayos X (DRX) En la figura 1 se muestra el difractograma de rayos-x del sustrato estudiado. Aquí lo que se observa es la texturización del material presente. En el inciso (a) se presentan los resultados obtenidos del acero inoxidable que no fue sometido al tratamiento térmico correspondiente; el difractograma muestra que los picos con las direcciones preferenciales son [111], [200], [220], [311], [222]. También se presenta cierta relación con respecto a la altura entre ellos. Cuando se somete el sustrato a la temperatura de 450ºC, los resultados de difracción de rayos-x presentan una variación en las alturas de los picos; tal y como lo es el caso de la dirección preferencial [200], en donde el pico disminuye considerablemente mientras que el pico de la dirección preferencial [111] aumenta de igual forma. Lo mismo ocurre con el pico [311], además se identificó la dirección preferencial [6 0-1] correspondiente al TiO2 el cual se presenta con estructura cristalina del tipo monoclínica, sin definir aún cual de las fases o mezcla de fases más estables para el TiO2 se presenta en la película delgada como se muestra en la figura 1b. En la figura 1c, se aprecia el cambio más significativo de los difractogramas obtenidos en los análisis de las tres muestras. Éste difractograma presenta los resultados de las muestras tratadas térmicamente a 550ºC. Como se muestra en los resultados, el pico correspondiente a la dirección preferencial [111], se incrementa considerablemente mientras que los demás picos correspondientes a las direcciones [200], [220], [311], [222], respectivamente, disminuyen de igual forma y permanecen muy pequeños. Estas variaciones en las alturas de los picos de cada una de las muestras indican que en el sustrato de acero inoxidable se presenta una texturización, siendo esta modificación de la orientación cristalográfica en la dirección preferencial [111].

Se sabe que el acero inoxidable texturiza alrededor de los 700ºC. Es de esperarse que la película delgada de TiO2 esté respondiendo a estos cambios significativos en la estructura del sustrato, y como consecuencia se presenten también cambios en la estructura de la película.

Figura1. Difractograma que muestra la texturización del sustrato de acero inoxidable sometido a diferentes temperaturas. Los difractogramas de rayos-x realizados por incidencia rasante se presentan en la figura 2 para los tres casos. En la figura se observa que el pico indicado por la distancia interplanar 2.07 Å corresponde al plano (111) del acero inoxidable AISI 304. Lo mismo sucede con los picos correspondientes a las distancias interplanares 1.80 Å y 1.26 Å que corresponden a los planos (200) y (220), respectivamente. De este modo el pico indicado por la distancia 2.024 Å corresponde al TiO2 de la película delgada cuyo plano cristalográfico es el (210). El pico indicado con la

Intensidad ( U. A. )

2 θ (Grados)

c) 550 ºC

b) 450 ºC

2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

10

10

100

(111)A-

(200)A-304

(220)A-304

(311)A-304

(222)A-304

(111)A-304

(200)A-304

(220)A-304 (311)A-304

(222)A-304

(111)A-304

(200)A-304

(220)A-304 (311)A-304 (222)A-304

a) Sin Tratamiento

Térmico

distancia 1.17 Å corresponde también a la película delgada de TiO2 en el plano (321), de igual forma estos resultados indican una distancia preferencial correspondiente a la dirección [210] del TiO2 en su fase rutilo.

Figura 2. Difractograma de rayos-x en haz rasante que muestra la presencia de la película delgada de TiO2 con y sin tratamiento térmico. Los resultados en los difractogramas obtenidos de las tres películas, indican la presencia de una sola fase de TiO2, y que la estructura cristalográfica de ésta es tetragonal del tipo rutilo. Si se toman como referencia a las intensidades de los picos y la cantidad de planos difractados por el sustrato, se observa claramente que las intensidades de los picos en la película delgada aumentan en función de los espesores de la misma.

Microscopía Electrónica de Barrido En el caso de la MEB se recurrió a los modos de observación tanto de electrones secundarios como de electrones retrtodisperasdos, esto se presenta en la figura 4. En la figura 4a, se observa una muestra totalmente liza con un contraste muy parejo en donde la diferencia de materiales no se percibe. Es decir, no se observa donde esta la película y donde esta el sustrato. Sin embargo, en las imágenes de electrones retrodispersados se nota una línea que separa a la película delgada del sustrato de acero inoxidable, esto se aprecia en la figura 4b, en donde se marca con flechas una línea blanca que nos indica la posición de la película y la posición del sustrato.

Película delgada

550º

450º

S/

Película delgada

550ºC

450ºC

S/T

Intensidad ( U. A. )

0

100

30 40 50 60 70 80 90 100 110 20

200

300

33

66

133

166

233

266

(111)A 304

(200)A 304 (220)A 304

(321)TiO2

(210)TiO2

2 θ (Grados)

(a) Electrones Secundarios (b) Electrones Retrodispersados Figura 3. (a) Imagen en 3D sin definir película, (b) Identificación de la película delgada. Observando a las muestras en sección transversal, se logró identificar a las películas delgadas y medir su espesor correspondiente, como se observa en las figuras 4, 5, y 6. En la figura 4, tenemos a la película delgada sin tratamiento térmico, en la figura 6 a la película delgada calentada a 450ºC y en la figura 6 se presenta a la película delgada tratada térmicamente a 550ºC. En las tres figuras se observa que los espesores son muy similares, sin embargo presentan cierta variación. En la figura 4 se observa que los espesores van desde los 533 nm a 730 nm y en algunos casos se muestran 956 nm, es decir, casi 1 μm de espesor. Esto indica que la película es altamente rugosa, ya que no presenta el mismo espesor en diferentes puntos de la película delgada, estando estos resultados en concordancia con la rugosidad observada por MFA.

Figura 4. Película delgada de TiO2 sin tratamiento térmico donde se muestra la falta de homogeneidad y espesor variable.

En el caso de la película tratada a 450ºC se muestran espesores que van desde 500 nm a 620 nm, de igual forma mostrando esta variación; figura 5.

Figura 5. Película delgada de TiO2 tratada a 450ºC con igual variación en el espesor. En el caso de la película tratada a 550ºC se observa que esta variación es aun más considerable y que estas variaciones de espesor van desde 700 nm hasta 760 nm, figura 6. Es decir, los resultados obtenidos en MEB hasta ahora indican que el procedimiento experimental mostrado y utilizando el equipo que se describió en el mismo capítulo para obtener estas películas delgadas, presentan películas completamente irregulares en espesores, que pueden ir desde los 533 nm hasta 760 nm, lo cual indica que no hubo un depósito uniforme. En concordancia con los resultados del MFA donde se mostró la rugosidad que presentan estas películas delgadas de TiO2. Figura 6. Película delgada de TiO2 con variación aún más considerable en su espesor.

Análisis Químico por Espectroscopia de Dispersión de Energía. En la figura 7 se muestran espectros EDS, cada uno obtenido de diferentes zonas de la muestra como ya se comentó. En el caso de la muestra tratada a 450ºC, como se observa, los elementos que componen al sustrato están completamente relacionados con la composición del acero inoxidable que se utilizó como sustrato; los elementos característicos del acero inoxidable AISI 304 son: el carbón, oxígeno, magnesio, aluminio, silicio, hierro y cromo cada uno en diferente porcentaje atómico y en diferente porcentaje en peso como los que se obtuvieron en estos resultados de MEB.

El hierro es el que se presenta en mayor porcentaje tanto atómico como en peso, seguido por el cromo y el carbono, los elementos restantes se presentan en mucho menor porcentaje, sin embargo, todos estos elementos forman parte de la película delgada TiO2 ya que juntos conforman el 100% atómico de la misma. Al hacer el análisis químico en la película delgada de TiO2 se encuentra que además de identificar al titanio y el oxígeno como elementos propios y únicos de la película delgada, se identificó hierro y cromo dentro de la misma. Estos resultados indican a los elementos que constituyen a la película delgada de TiO2, y se observó que algunos de los elementos que constituyen al acero inoxidable están presentes en la película delgada debido a la difusión causada por las temperaturas de trabajo ó debido a que el plasma dentro de la cámara de vacío del RF-Sputtering interacciono con la base del porta-blanco durante el depósito, ya que el porta-blanco al igual que el sustrato son de una aleación de acero inoxidable.

Figura 7. Análisis químico del sistema película delgada de TiO2 – sustrato de acero inoxidable AISI 304, y de la resina en la que fue embebida la muestra para su observación en MEB y el análisis de EDS.

Resultados El análisis por rayos-x mostró que el sustrato y la película delgada presentan el fenómeno de texturización a medida que se le somete a tratamiento térmico de 450ºC y 550ºC. En el caso del sustrato, la dirección preferencial que presenta es a lo largo de la [111], aunque el acero inoxidable comercial generalmente es estable en la fase austenítica con dirección preferencial [111], en este caso el acero inoxidable austenítico comercial que se utilizó como sustrato para las películas delgadas de TiO2 se presentó con granos cuyas direcciones preferenciales fueron totalmente diferentes entre ellas, siendo estas direcciones preferenciales la [111], [200], [220], [311], [222], y que al

( ( ) )

Análisis químico por EDS del sustrato

Relación (Ti / O) = 1.8

) )

Análisis químico por EDS de la película

mismo tiempo mostraron cierta relación con respecto a la altura de los picos. Sin embargo, la influencia de la temperatura sobre los sistemas película delgada de TiO2-acero inoxidable modificó la dirección preferencial de los granos del sustrato, dando lugar a la estabilidad de los granos y en consecuencia a la estabilidad del sustrato de acero inoxidable. Estos resultado concuerdan con lo presentado por S. P. Brül, et al.[4], cuando en su trabajo utilizó acero inoxidable del tipo AISI 304 con dirección preferencial [111], para realizar un proceso de nitruración al acero inoxidable con el fin de elevar la dureza y la resistencia al desgaste, manteniendo siempre sus propiedades anticorrosivas. Mientras que en el caso de la película delgada presenta una dirección preferencial a lo largo de la dirección [210], los resultados obtenidos demuestran que existe la presencia de una película delgada de TiO2 en su fase de rutilo depositada sobre el acero inoxidable. De la literatura se sabe que el pico más intenso obtenido en un difractograma de DRX del titanio en su fase de rutilo se encuentra en 2θ =28º y que corresponde a una dirección preferencial [110], sin embargo, en este trabajo no fue posible identificar a esta dirección preferencial. Sin embargo, si fue posible identificar picos con menor intensidad tales como los que corresponden a los 2θ=53º cuya dirección preferencial corresponde a la [210], y de igual forma se identificó un pico a los 2θ=97º que corresponde a la dirección preferencial [321]; los difractogramas obtenidos por J. Domaradzki et al. [5] en su estudio sobre las propiedades ópticas y microestructurales de películas delgadas de TiO2 preparadas por magnetrón Sputtering reactivo, muestran la presencia de las fases anatasa y rutilo. Los picos de rutilo corresponden a los encontrados en este trabajo. La microscopía de luz indicó que la película delgada después del depósito se presenta “amorfa”, (aunque en realidad como lo mostraron las demás técnicas, es una película policristalina con tamaño de grano nanométrico); y la película delgada se presenta con partículas aglomeradas en toda la superficie de la muestra, tal y como lo presentó J. Medina-Valtierra et al. [6] en su trabajo denominado encapsulamiento de anatasa comercial en películas delgadas de TiO2 depositadas sobre micro-rodillos de vidrio para la foto-degradación del fenol. Sin embargo, las imágenes que se obtuvieron de las muestras al ser calentadas presentan que existe la aparición de granos y que conforme aumentó la temperatura el tamaño de grano fue aumentando uniformemente, lo cual difiere con los resultados presentados por el mismo J. Medina-Valtierra. Este tamaño de grano se incrementó con el tratamiento térmico de 1 μm2 a 2 μm2

aproximadamente. La microscopía electrónica de barrido presentó espesores de la película delgada con grandes variaciones. De este modo observamos que los espesores de la película delgada variaron de unos 500 nm aproximadamente a 1 μm, los resultados son similares a lo reportado por Cheol Ho Heo et al.[7], en donde la variación de los espesores medidos van desde los 600 nm hasta 1μm. Sin embargo, la rugosidad reportada por Cheol Ho Heo, muestra un alto grado de homogeneidad en la rugosidad promedio de sus películas, a diferencia de los resultados de MFA en este trabajo, donde las películas delgadas tienen un alto grado de in homogeneidad en la rugosidad, lo que sin lugar a dudas hace variar el espesor de las mismas. El análisis de EDS dio como resultado que la película delgada, aparte del titanio y oxígeno (componentes del TiO2), contiene impurezas de hierro y cromo. Esto último debe ser el resultado de la difusión de estos elementos desde el sustrato de acero inoxidable AISI 304.

Conclusiones Desde el punto de vista estructural, la película de TiO2 obtenida sobre un sustrato de acero inoxidable AISI 304 presentó espesores de 500 nm a 1 μm, debido a la rugosidad que se registró de 0 a 30 nm hasta más de 60 nm. Su estructura corresponde a la fase de rutilo y se presenta con tamaño de grano nanométrico antes del tratamiento térmico. Después del tratamiento térmico a 450ºC y 550ºC el tamaño de grano aumenta entre 1 y 2 μm2. Este tratamiento produce un efecto de texturización tanto en la película delgada como en el sustrato de acero inoxidable, siendo la dirección de texturización en el acero a lo largo de [111] y en la película a lo largo de [210]. El análisis químico indica difusión del hierro y del cromo hacia la película delgada. El hecho de cubrir el acero inoxidable AISI 304 con la película delgada de TiO2 incremento su dureza en un 18%, se incremento aun más con el posterior tratamiento térmico alcanzando hasta un 58% de la dureza. Según lo reportado en la literatura los tratamientos térmicos para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste de los aceros inoxidables del tipo AISI 304 es alrededor de los 530ºC, sin embargo, a estas temperaturas disminuyen las propiedades anticorrosivas del acero inoxidable [4]. Los resultados de microdureza Vicker`s demostraron el incremento de la dureza del material en un 58% por encima de la dureza promedio del mismo, lo cual indica que los sistemas de película delgada de TiO2 sobre acero inoxidable se pueden aplicar sin mayor problema en procesos donde se requiera aceros inoxidables con mayor dureza. Sin embargo, también se sugiere que se sigan realizando estudios acerca de la velocidad de corrosión de este sistema tomando en cuenta estos resultados.

Impacto La producción de películas anticorrosivas con propiedades físicas específicas controlables y de manera repetitiva sería de gran beneficio en al sector productivo ya tienen muchas aplicación y ventajas inmediatas, así como también hay un gran interés para el sector educativo que nos permite la enseñanza en las áreas en la ciencia de los materiales para dar pasos gigantes en la tecnología, y en diferentes líneas de investigación.

Referencias 1. N. Vershinin, “Corrosion resistance of the vacuum arc deposited Ti, TiN, and

TiO2 coatings on large area glass substrates”, Surface and Coatings Technology 125 (2000) 223-228.

2. Dionicio Padilla, Eusebio. Aplicaciones de los Aceros Inoxidables. Rev. Inst. investig. Fac. minas metal cienc. geogr, jul. 1999, Vol. 2, no.3, p.11-21. ISSN 1561-0888.

3. Z. Szklarska-Smiaowska, “Pitting Corrosion of Metal, National Association of Corrosion Engineers”, Houton, TX, 1996 p 201-203.

4. M. A. Guitar, M. Duarte, D. Montero, S. Suárez, “Comportamiento Frente al Desgaste y Corrosión de un acero inoxidable AISI 304 Nitrurado por plasma”. Jornada SAM/CONAMET/Simposio Materia 2003. 4 (2003) 1.

5. S.P. Brül, R. Charadia, N. Mingolo, “Caracterización por difracción de rayos-x de un acero inoxidable AISI 304 nitrurado por plasma”. JORNADAS SAM/CONAMET/SIMPOSIO MATERIA 2003. 4 (2033) 1.

6. J. Domaradzki, D. Kaczmarek, E. L. Prociow, A. Borkowska, D. Schmeisser, G. Beuckert, “Microestructure and optical properties of TiO2 thin films prepared by low pressure hot target reactive magnetrón sputtering”. Thin Solid Films 513 (2006) 269-274.

7. Xianghui Hou, Kwang-Leong Choy, “Deposition mechanism and structural characterization of TiO2 films produced using ESAVD method”. Surface and coatings technology 180-181 (2004) 15-19.