Resumen

Se estudiaron los cambios de las propiedades mecánicas, las tensiones residuales y la microestructura de los recubrimientos de AlTiN, AlTiSiN, AlCrN y AlCrSiN antes y después del tratamiento térmico de recocido a 900 ºC y 1100 ºC, usando microscopía electrónica de barrido y transmisión, junto con las técnicas de nano-indentación y difracción de rayos X. Los recubrimientos recién depositados mostraron una estructura columnar, con un tamaño de cristalito entre 18 nm y 28 nm. A pesar de la adición de silicio, no se observó efecto en el refinamiento del tamaño de cristalito.

Sin embargo, la adición de silicio aumenta la dureza, el módulo elástico y las tensiones residuales de compresión. Tras el tratamiento de recocido a 900 ºC, el tamaño de cristalito aumenta mientras que las tensiones residuales disminuyen y, por lo tanto, la dureza de los recubrimientos se reduce. A 1100 ºC se forman capas de óxido en los recubrimientos AlTiN y el AlTiSiN, los cuales actúan como capas protectoras, mejorando la resistencia a la oxidación; mientras que los recubrimientos AlCrN y AlCrSiN se oxidan completamente. Los recubrimientos base titanio presentan propiedades mecánicas superiores y mejor resistencia a la oxidación, comparada con los recubrimientos base cromo durante los tratamientos de recocido a 900 ºC y 1100 ºC.

I. INTRODUCCIÓN

En los últimos años, los requerimientos de la industria en aplicaciones de alta velocidad y en seco a temperaturas elevadas han sido objeto de numerosos esfuerzos científicos y tecnológicos debido a la importancia en aplicaciones donde la temperatura en el filo de la herramienta de corte puede superar los 1000 ºC [1]. Las herramientas y las piezas de las máquinas protegidas por recubrimientos duros son capaces de funcionar en estas condiciones extremas. En consecuencia, el rendimiento de las herramientas recubiertas depende no sólo de las propiedades mecánicas de los recubrimientos duros, sino también de su resistencia a la oxidación. Los recubrimientos de nitruro ternario, como el AlTiN y el AlCrN, se han investigado en diferentes condiciones de tratamiento térmico, principalmente en condiciones de aire y vacío, en las que destaca su comportamiento. En atmósfera de aire, el AlTiN y el AlCrN presentan una alta resistencia a la oxidación hasta 800 ºC [2] y 900 ºC [3], respectivamente. En ambos casos, se espera que las películas de óxido de aluminio y de cromo sean barreras térmicas y capas lubricantes, lo que puede mejorar el rendimiento de corte. En el vacío, la separación de fases de AlTiN y AlCrN en c-TiN o c-CrN y c-AlN, seguida de la formación de h-AlN, conduce a la disminución de la dureza [4, 5]. Además, en AlCrN y AlCrSiN, el recocido implica la reducción del nitrógeno para producir Cr₂N por encima de 1000 ºC [6, 7]. Posteriormente, el Cr₂N se oxida a Cr₂O₃, lo que concuerda con los estudios termodinámicos y cinéticos [7].

En un estudio anterior, la adición de silicio produjo una mejora de la dureza, el rendimiento de perforación y corte, la resistencia a la oxidación [6] y la estabilidad térmica.

• Materias:Titanio Temperaturas altas Microestructura Materiales de recubrimiento Energía térmica Cromo
• Subjects:Titanium High temperatures Microstructure Coating materials Thermal energy Chrome
• Palabras claves:Recubrimientos PVD; Recocido; Tensiones residuales; Nanoindentación; Oxidación.
• Keywords:PVD Coatings; Annealing; Residual Stresses; Nanoindentation; Oxidation.