Comparison of abrasion resistance of boron- and vanadium-based coatings

Comparación de la resistencia a la abrasión de revestimientos a base de boro y vanadio

Esta investigación se centra en la comprobación de la resistencia a la abrasión de los recubrimientos a base de boro y vanadio. El recubrimiento de las muestras con vanadio se realizó por el procedimiento clásico y dúplex con carburación previa. Las muestras se sometieron a abrasión aplicando el método ASTM G65-94 de "arena seca/rueda de caucho". El mayor desgaste se registró en el recubrimiento a base de boro, y el menor desgaste lo exhibió el recubrimiento a base de vanadio con carburación previa. La forma dominante de abrasión "cero" se determinó analizando las trazas de desgaste de las muestras.

INTRODUCCIÓN

Las propiedades superficiales de los elementos de máquinas y herramientas, como la dureza y la resistencia al desgaste, pueden modificarse a partir de la difusión de átomos de diferentes elementos [1].

El boronizado es un procedimiento termoquímico que permite que el boro, como elemento químico, se difunda en la superficie y se una al hierro para formar el boruro de hierro [2, 3].

Las superficies recubiertas con boro presentan una mayor dureza y resistencia a la abrasión, al desgaste por adherencia y a la corrosión [4].

La vanadización es un proceso termoquímico que difunde vanadio en la superficie del acero y, al unirse al carbono del sustrato de acero, forma una capa de carburo de vanadio (VC).

El recubrimiento con vanadio puede realizarse aplicando procesos de deposición química y física de vapor (CVD y PVD), así como de difusión reactiva térmica (TRD) [5, 6].

Dentro del procedimiento de recubrimiento con vanadio, el material base bajo la capa de VC es parcialmente agotado por carbono (descarburización) debido a que el carbono difunde desde el interior austenítico hacia la superficie y se une al vanadio. Como resultado de este proceso, la zona situada bajo la capa de VC es de menor dureza, lo que influye negativamente en la capacidad portante de la capa. Para evitar que esto ocurra, se aplica un proceso dúplex para enriquecer la superficie del material con carbono (carburación) antes del recubrimiento de vanadio. El resultado es una mayor dureza de la zona situada bajo la capa de VC. Tras el recubrimiento de vanadio, la capa de VC más gruesa tiene mayor capacidad portante [7].

Dado que los recubrimientos a base de boro y vanadio tienen una resistencia al desgaste muy elevada, se han llevado a cabo muchas investigaciones para abordar la cuestión del desgaste con respecto a los diferentes mecanismos de desgaste [8-12].