Microstructure, morphology, adhesion and tribological behavior of sputtered niobium carbide and bismuth films on tool steel

Microestructura, morfología, adherencia y comportamiento tribológico de películas de bismuto y carburo de niobio depositadas mediante pulverización catódica sobre acero para herramientas

Recubrimientos de NbC, Bi y Bi/NbC fueron depositados en acero AISI M2, usando pulverización catódica con magnetrón desbalanceado, a temperatura ambiente y con voltaje de polarización cero, además, fueron estudiados: la estructura cristalina, la morfología, la adherencia y el comportamiento tribológico de los tres recubrimientos. De esta manera, la película de carburo de niobio cristalizó en estructura cubica y las capas de bismuto presentaron estructura romboédrica con orientación aleatoria. El recubrimiento de NbC presentó una superficie suave con baja rugosidad, mientras que las películas de bismuto depositadas sobre acero y sobre la capa de NbC, presentaron mayor rugosidad y morfología compuesta de grandes partículas.

Mediante el uso de una capa intermedia de Nb dúctil, se obtuvo buena adherencia entre el recubrimiento NbC y el sustrato de acero, además, el recubrimiento de Bi presentó mejor adherencia con la capa NbC que con el sustrato de acero y el desempeño tribológico del recubrimiento de bismuto depositado sobre el acero no fue satisfactorio, pero según los resultados preliminares, los recubrimientos NbC y Bi/NbC producidos tienen potencial para mejorar el desempeño tribológico del mismo.

Introducción

Para mejorar el rendimiento de muchos componentes y herramientas se utilizan recubrimientos duros porque generalmente tienen puntos de fusión elevados, alta dureza, buena estabilidad química y alta resistencia al desgaste (Carrera et al., 2003; Derflinger et al., 1999; Renevier et al., 2000). Uno de los inconvenientes es que estos recubrimientos suelen tener un elevado coeficiente de fricción. Por ello, existe un gran interés en nuevos desarrollos para reducir la fricción, mejorando así el rendimiento tribológico de los recubrimientos (Daming et al., 1997).