Evaluación de las propiedades tribológicas y corrosión del Sistema CrN/Cr depositado sobre acero AISI 304, 4140, 1075 por la técnica Magnetron Sputtering Reactivo DC

Evaluation of the tribological and corrosion properties of the system CrN/Cr deposited on AISI 304, 4140, 1075 by art DC Magnetron Reactive Sputtering

Se depositaron bicapas de cromo y nitruro de cromo CrN/Cr sobre sustratos de acero AISI 304, AISI 1075 y AISI 4140 por el método de Magnetrón Sputtering Reactivo DC. Se realizaron pruebas: estructurales XRD, nanodureza, desgaste usando Pin on Disc y electroquímicas: utilizando Espectroscopia de Impedancia electroquímica (EIS) y curvas Tafel. El patrón XRD mostró la fase cúbica del CrN caracterizado por el plano cristalográfico (111), adicionalmente se encontró la fase δ - Cr. Se determinó la dureza de los recubrimientos, la cual varió respecto al sustrato utilizado y espesor, el cual depende del proceso de crecimiento dependiendo de las características del sustrato, lo que conllevo a un cambio en el coeficiente de fricción y desgaste. Se observó una reducción importante de la velocidad corrosión del acero AISI 304 con recubrimiento seguido por el AISI 1075 y el AISI 4140 en comparación con los aceros sin recubrimiento. Estos ensayos se llevaron a cabo utilizando una solución de NaCl al 3,5%.

INTRODUCCIÓN

Los recubrimientos duros resistentes a la corrosión tienen una creciente aplicación en la protección de los componentes industriales metálicos que  son sometidos en su funcionamiento a procesos de  desgaste  en  ambientes agresivos causando la corrosión de dichos componentes; tal que es necesario el desarrollo de recubrimientos que no solo resistan al desgaste sino que inhiban el ataque del ambiente al que están sometidos.

Especialmente se han utilizando los métodos de deposición física de vapor (PVD) que no modifican las características mecánicas o estructurales ya que se usan temperaturas bajas de deposición. Un ejemplo de esto son los aceros austeniticos los cuales al ser sometidos a temperaturas por arriba de los 400ºC presentan corrosión intergranular.

Es de destacar el desarrollo que han también han tenido los distintos tipos de materiales, siendo el nitruro de cromo uno de los más destacados, gracias a que posee una alta resistencia a la oxidación (por encima de los 800ºC), acabado decorativo, alta dureza, lo que hace que lo hace un recubrimiento muy efectivo para herramientas de corte, moldes de inyección y extrusión, herramientas para conformado de metales entre otras.

La característica principal CrN es su alta resistencia a la corrosión comparando con otros recubrimientos.Los recubrimientos de Cr y CrN muestran un comportamiento similar en ambientes marinos, la diferencia radica, a la exposición  a altas temperaturas de trabajo por encima de los 700 °C, la dureza, resistencia al desgaste, el buen comportamiento mecánico, la buena adhesión, puede ser depositado a baja temperatura lo que disminuye la distorsión y los cambios dimensionales en los sustratos, superando en muchos aspectos a los recubrimientos convencionales como el TiN.

En el presente trabajo se recubrieron probetas con CrN/Cr en aceros AISI 304 austenitico utilizados en la industria química y farmacéutica, petroquímica, AISI 4140 acero ferritico - perlitico utilizado principalmente en la fabricación de ejes y piezas sometidas a condiciones de fricción y fatiga, AISI 1075 acero de alto carbono utilizado en cuchillas de corte de elastómeros.