Characterising u-AlTiN coating and assessing its performance during Ti-6Al-4V milling

Caracterización y desempeño del recubrimiento u-AlTiN durante el fresado del Ti-6Al-4V

Las propiedades mecánicas y el desempeño del recubrimiento μ-AlTiN depositado por la técnica PVD por arco catódico ha sido investigada para una composición específica de Al0,67Ti0,33N depositada en sustrato de WC-Co y acero AISI D2; su estructura fue analizada usando SEM, EDAX, DRX, AFM y TEM, y las propiedades mecánicas se analizaron a partir de medidas de nanoindentación. El desempeño del recubrimiento fue evaluado durante el fresado de una aleación de titanio (Ti6Al4V). Una película de TiN fue depositada inicialmente para aumentar la adhesión del recubrimiento con el sustrato, donde se observan granos columnares entre 200 y 500 nm de estructura tipo NaCl y crecimiento de granos del μ-AlTiN también columnares con tamaño de grano ~50 nm. La vida de la herramienta recubierta fue comparada con otra sin recubrir para determinar la influencia del recubrimiento durante el fresado del Ti6Al4V. El recubrimiento μ-AlTiN mejora la vida de la herramienta en un 100% respecto a la herramienta sin recubrir, debido a la formación de un óxido de aluminio y TiC en la superficie y en la disminución del coeficiente de fricción entre el chip y la herramienta.

Introducción

Se están desarrollando continuamente recubrimientos resistentes al desgaste para el mecanizado de aleaciones aeroespaciales (incluidas las aleaciones de titanio). Recubrimientos como el TiN se han utilizado con éxito en el fresado de este tipo de aleaciones debido a las ventajas del recubrimiento, entre las que se encuentran la excelente adhesión al sustrato, la baja reactividad química, la resistencia a altas temperaturas, la alta dureza para reducir el desgaste y el bajo coeficiente de fricción (Horling, 2002; Suresha, 2006); sin embargo, la temperatura de trabajo limita sus propiedades. Se han realizado estudios para evitar dicha limitación, basados principalmente en la adición de aluminio a este compuesto (Knotek et al., 1986; Jehn, 1986). Se ha comprobado que el compuesto formado (nitruro de aluminio y titanio Ti1-xAlxN) tiene una mayor resistencia a la oxidación, permitiendo mayores velocidades de corte durante el mecanizado, prolongando la vida de la herramienta al permitir el mecanizado de materiales duros y reduciendo así los costes de fabricación (Fox-Rabinovich, 2010; Horling, 2002; PalDey et al., 2004)