Síntesis, caracterización y evaluación de recubrimientos de oxinitruros de zirconio zrnxoy obtenidos sobre aceros inoxidables y silicio por los métodos de sputtering y spray pirolisis-nitruración

Resumen

En la actualidad la investigación en ciencia y tecnología de materiales se encuentra impulsada por la necesidad de mejorar y obtener nuevos sistemas que sean capaces de suplir la demanda que implica el constante avance tecnológico. Se busca obtener funciones o características deseables mediante la combinación de dos o más materiales, ya que no es posible obtenerlas a partir de uno solo de ellos. Esto ha impulsado la investigación en el campo de recubrimientos y películas delgadas depositadas sobre diferentes sustratos, en los denominados recubrimientos funcionales. El material depositado le confiere al sustrato características distintas con alguna función deseada, se pueden cambiar propiedades químicas, ópticas, catalíticas, eléctricas, que son substancialmente diferentes a las del material masivo. En el caso específico de una película depositada sobre un metal se puede incrementar la durabilidad de la pieza mejorando su resistencia térmica, sus propiedades metal mecánicas, su resistencia a la corrosión y al desgaste. En la presente investigación se depositan películas de oxinitruro de zirconio sobre diferentes tipos de acero inoxidable para mejorar su resistencia a la corrosión. Se emplean tres técnicas distintas: sputtering asistido por radiofrecuencia RF, sputtering DC con magnetrón desbalanceado y spray pirólisis-nitruración. La caracterización estructural, morfológica y la composición química indican que cada uno de los métodos conduce a la obtención de películas de oxinitruro de zirconio con diferente estructura, morfología y composición. A partir de sputtering RF, se obtienen películas con estructura cristalina monoclínica, crecimiento preferencial en el plano (-111), estructura columnar y tamaño de partícula y rugosidad promedio de 1500 y 59 A°, respectivamente. El método DC con magnetrón desbalanceado permite obtener películas con estructura cristalina cúbica y crecimiento preferencial en el plano (222), tamaño de partícula 1500 A° y rugosidad promedio de 202 A°. Mientras que a partir de spray pirólisis-nitruración, por el contrario, se obtiene un material policristalino con estructura romboédrica Zr7O8N4, en la llamada fase b, con tamaño de partícula de 1260 A° y rugosidad promedio de 135 A°. La influencia en la morfología superficial de las películas depositadas a partir de las tres técnicas, se ve reflejada en su resistencia a la corrosión, que en orden creciente sería sputtering DC>sputtering RF>spray pirolisis-nitruración>acero inoxidable. Adicionalmente, para los recubrimientos depositados mediante sputtering RF se realizó un estudio preliminar de citotoxicidad a partir de osteoblastos de ratones lactantes, con miras a emplear AISI 316L recubierto con oxinitruro de zirconio, como una alternativa que ofrezca una solución a las reacciones adversas que pueden presentarse cuando se emplea en osteo implantes AISI 316L. Se estableció a partir de un estudio preliminar de biocompatibilidad, que las películas tienen una superficie más favorable que el sustrato (acero inoxidable 316L) para la adhesión y proliferación de células óseas de ratones de linaje lactantes. La adhesión y proliferación se incrementa en aproximadamente un 64% cuando el acero inoxidable 316L está recubierto con una película delgada ZrNxOy. La adhesión y proliferación de células es esencial en el proceso de osteointegración en la interfase tejido-biomaterial.