Tribological and wear behavior of HfN/VN nanomultilayer coated cutting tools

Comportamiento tribológico y desgaste de nanocapas de HfN / VN utilizadas en herramientas de corte

Se ha estudiado de forma exhaustiva en este trabajo el desgaste y el comportamiento tribológico de multinanocapas ( HfN / VN) depositados mediante pulverización catódica magnetrón. El mejoramiento de la dureza y el módulo de elasticidad de hasta 37 GPa y 351 GPa, respectivamente, se observaron cómo períodos de dos capas en los que se disminuyó el revestimiento. La muestra con un período de bicapa ( Λ ) de 15 nm y el número de bicapa n = 80 mostró el coeficiente más bajo de fricción ( ~ 0,15 ) y la más alta carga crítica ( 72 N ) , correspondiente a 2,2 y 1,38 veces mejor que los valores para el revestimiento depositado con n = 1 , respectivamente. Teniendo en cuenta los últimos resultados de los insertos de carburo de tungsteno (WC), estos fueron utilizados como sustratos para mejorar las propiedades mecánicas y tribológicas de [ HfN / VN] n recubrimientos en función del aumento del número de interfaz y para gestionar de esta manera una mayor eficiencia de estos recubrimientos en diferentes sectores industriales, como el mecanizado y la extrusión . Sus características físicas, mecánicas, y tribológicas fueron investigadas, incluyendo las pruebas de corte con AISI 1020 acero (pieza de trabajo); para evaluar el desgaste como una función del número de bicapa y el período de bicapa. Una comparación de las propiedades tribológicas reveló una disminución del desgaste de flanco (alrededor de 24 %) para las inserciones WC recubiertas con [HfN / VN ] 80 (Λ = 15 nm), cuando es comparado con los sistemas de carburo de tungsteno insertados y sin recubrir . Estos resultados abren la posibilidad de utilizar [HfN / VN ] multicapas como nuevos recubrimientos para el mecanizado de herramientas con un excelente rendimiento industrial.

Introducción

Durante muchos años se han estudiado y utilizado diversas estructuras multicapa en la tecnología de recubrimientos para mejorar el rendimiento en usos industriales. Entre estas estructuras multicapa, hay recubrimientos de alto rendimiento y antidesgaste para aplicaciones en el mecanizado, como los descritos en Morant et al. (2007). Estas multicapas ofrecen buenas opciones para disminuir el desgaste porque presentan una alta dureza, una adecuada adhesión al sustrato, una alta estabilidad química y un bajo coeficiente de fricción, según Podgornik et al. (2003). En trabajos recientes, la elevada dureza y tenacidad de las capas nanométricas de los recubrimientos multicapa han mostrado ventajas adicionales como recubrimientos protectores contra la corrosión y el desgaste de herramientas y piezas mecanizadas. Algunos de estos sistemas multicapa se denominan superredes, por lo que en los últimos 10 años se han estudiado varias superredes metal/cerámica y cerámica/cerámica, entre ellas, TiN/VN y TiN/NbN Kim (2004), y CrN/WN Wu et al. (2005). Los recubrimientos de nitruros, caracterizados por su alta dureza y resistencia al desgaste, pueden utilizarse para mejorar la resistencia y la protección de los aceros industriales. Por lo tanto, la ingeniería de superficies de subestratos metálicos con recubrimientos protectores como el HfN y el VN, ha desempeñado un papel importante desde hace unos años, debido a sus propiedades mecánicas y tribológicas, como describen Staia et al. (2006) y Gassner et al. (2004) respectivamente.