Electrochemical and wear behavior of niobium-vanadium carbide coatings produced on AISI H13 tool steel through thermo-reactive deposition/diffusion

Comportamiento electroquímico y al desgaste de recubrimientos de carburo de niobio-vanadio producidos sobre acero para herramientas AISIH13 por medio de la deposición/difusión termorreactiva

En este trabajo se depositaron recubrimientos de carburo de niobio-vanadio sobre aceros para herramientas AISIH13 utilizando la técnica de depósito por difusión termorreactiva (TRD). Los carburos se obtuvieron utilizando baños de sales compuestas de bórax fundido, ferroniobio, vanadio y aluminio, calentando la mezcla a 1020 °C durante 4 horas. Los recubrimientos fueron caracterizados morfológicamente mediante microscopia electrónica de barrido (SEM), la composición química de la superficie se determinó mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y la espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDX); la estructura cristalina se analizó utilizando difracción de rayos X (XRD), las propiedades mecánicas de los recubrimientos fueron evaluados utilizando nanoindentación. Las propiedades tribológicas de los recubrimientos obtenidos fueron determinadas usando un tribómetro Pin on Disk CETR-UMC-2 y el comportamiento electroquímico se estudió por medio de curvas de polarización potenciodinámica y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). Los resultados mostraron que la dureza del acero revestido aumentó cuatro veces respecto del acero no recubierto, y la prueba electroquímica estableció que la corriente de corrosión es inferior en un orden de magnitud para el acero recubierto.

INTRODUCCIÓN

Los tratamientos superficiales como la cementación y la nitruración se han utilizado para producir recubrimientos basados en carburos o nitruros de metales de transición con el fin de mejorar las prestaciones tribológicas de materiales destinados a ser sometidos a condiciones de alto desgaste, como las herramientas de corte y la formación de matrices. Estos recubrimientos se obtienen habitualmente mediante procesos de deposición física en fase de vapor (PVD) y deposición química en fase de vapor (CVD) [1-2].

El principal factor limitante de estos procedimientos es el uso de equipos complejos y condiciones de alto vacío, lo que hace que sean muy costosos de aplicar. Una alternativa económica ha sido la aplicación de recubrimientos duros con buena resistencia al desgaste mediante el proceso de deposición por difusión termo-reactiva (TRD) [3] sobre sustratos que contienen un porcentaje de carbono superior al 0,3% en peso [4]. Los recubrimientos que se han obtenido mediante este proceso presentan una buena adhesión al sustrato, un bajo coeficiente de fricción y una excelente uniformidad de espesor [5].

En el proceso de recubrimiento TRD, se puede utilizar un baño de sal compuesto por bórax fundido, aluminio como elemento reductor y elementos formadores de carburo (CFE) como vanadio, cromo, titanio y niobio [4]. En los estudios publicados hasta la fecha, se han depositado carburos metálicos binarios mediante el proceso TRD y se ha caracterizado su resistencia al desgaste, su microestructura y su comportamiento mecánico.