Un recubrimiento es una modificación técnica superficial en la base de un material con el objetivo de mejorar los rendimientos físicos y/o químicos de herramientas y componentes estructurales. Los recubrimientos se han usado en las últimas décadas para mejorar las propiedades de las herramientas de corte y han tenido un rápido desarrollo. Los dos métodos más comunes para hacer recubrimientos en herramientas de corte son el CVD (Deposición química en fase vapor) y el PVD.
La deposición física en fase vapor (PVD, por sus siglas en inglés) es un proceso de recubrimiento termo físico en el que los materiales de revestimiento se vaporizan en una cámara de vacío que contiene gas reactivo y se depositan en la pieza a tratar. Existen varios métodos de PVD entre los que se incluyen la evaporación en arco y la dispersión por magnetrón, con los que se depositan una variedad de elementos o compuestos.
En 1980 solo se conocían recubrimientos TiN, para 1988 se
usaban recubrimientos TiCN y CrN, en los 90
aparecen los recubrimientos TiAlN y en el año 2000 ya había 14
estándares de recubrimientos disponibles para herramientas de corte. Hacia el
2008 había mas de 70 diferentes tipos de recubrimientos disponibles teniendo en
cuenta la composición química (los recubrimientos tradicionales más nuevos recubrimientos con
base Ti, Ti-C, Cr, Zr, W, V, Mo, Al o Si) y varios cientos teniendo en cuenta
la microestructura (con capas de adhesión, multicapas, con estructura
gradiente, con estructura nanocomposite, etc).
Remitiéndonos a los inicios, recubrimientos basados en (Ti,Al)N,
(Ti,Al,Si)N y Ti(C,N) fueron desarrollados para ofrecer una mejor productividad
sobre los recubrimientos de nitruro de titanio (TiN) ya que la adición Al y C
incrementan la dureza y disminuyen el coeficiente de fricción del
recubrimiento.
Las herramientas recubiertas con tales materiales muestran una extensión
significativa en su vida útil durante trabajo comparadas con las herramientas
sin recubrimiento o aquellas recubiertas con capas simples de nitridos o
carbonitridos ya que se logra una mejor condición de lubricación de la zona
de formación de virutas y se proteje a la arista de corte de la oxidación y el
sobrecalentamiento excesivo.
La siguiente tabla tomada de Journal of Machine Manufacturing
Vol. XLIX, 2009, E1. Artículo: New Generation of
PVD-Coatings for cutting tools (2) muestra el componente mas
importante de cada recubrimiento y su influencia en las características del
mismo.
El carbono refuerza las redes del recubrimiento básico del Nitruro
de Titanio (TiN), aumenta el nivel de tensión interna y, por lo tanto, la
dureza; reduce el coeficiente de fricción, pero solo hasta 400 ° C. El
recubrimiento de carbonitruro de Titanio (TiCN) sigue siendo
el recubrimiento más popular para machos, pero no es adecuado para cortes en
seco o HSC.
Debido al excelente aislamiento térmico entre las virutas y las
herramientas, los revestimientos Nitruro de Titanio Aluminio (TiAlN) o
Nitruro de Aluminio Titanio (AlTiN) son los recubrimientos más
utilizados para el corte moderno de alto rendimiento, la cuota de mercado de
estos revestimientos para herramientas de corte es de alrededor del 40
%. Los recubrimientos AlTiN se usan cuando el contenido de Al es superior
al 50%, sin embargo, con un contenido de aluminio superior al 65-70 %, los revestimientos
pierden dureza y resistencia al desgaste.
La ventaja más importante de los recubrimientos con Cr es
su alta resistencia al desgaste por abrasión. La alta tenacidad y el módulo E
es necesario para las herramientas HSS recubiertas con Cr. La resistencia al
calor aumenta también por el Cr. El depósito y uso de recubrimientos con Cr
resulta en peligros para la salud y el medio ambiente; el vapor que contiene Cr
puede dañar el sistema respiratorio humano. Además, la eliminación del
revestimiento dopado con Cr da como resultado la generación de Cr6, que puede
causar cáncer de piel.
Los recubrimientos con Si tienen un mejor tamaño de grano, menos
esfuerzos internos, una mayor dureza, un buen desempeño frente al desgaste
abrasivo y un excelente desempeño frente al desgaste por oxidación, además de
soportar mayores temperaturas de operación, ya que tienen una mayor dureza en
caliente y mayor aislamiemto térmico. Recubrimientos que contienen Si como
elemento de aleación en fase metálica son suficientes para aplicaciones HSC
(mecanizado a alta velocidad). Con la ayuda de la tecnología apropiada el Si
también ofrece la posibilidad de crear nanocomposites. Los
nanocristales de TiAlN-, AlCrN o AlTiCrN quedan embebidos en una matriz amorfa
de nitruro de silicio que previene el crecimiento de grano y mantiene la dureza
alta, por encima de 50 GPa.
La tecnología de recubrimiento y la microestrucutyra lograda tienen un
gran efecto en la vida útil de la herramienta, la anterior gráfica (3) muestra
tres diferentes micro estructuras de recubrimientos TiAlN (columnar de grano
grueso, Nanocristalino con alto Al, y nanocomposites en matriz Si) y su
correspondiente desgaste de flanco versus tiempo de mecanizado.
Es por eso que en Taurus Tools nos interesa que nuestras fresas sólidas de carburo estén a la vanguardia en el uso de los más avanzados y mejores recubrimientos, lo que garantizará a nuestros clientes una mayor vida útil de la herramienta con la correspondiente mejoría en la productividad.
Fresas Taurus Tools con recubrimiento Nano TiAlN
Fresas Taurus Tools con recubrimientos base Si
Fuentes:
(1) Recuperado de: Recubrimientos metálicos mediante PVD.
www.trateriber.es
(2) Recuperado de: TripleCoatings3® – New
Generation of PVD-Coatings for Cutting Tools. T. Cselle*, O. Coddet, C.
Galamand, P. Holubar, M. Jilek, J. Jilek, A. Luemkemann1, M. Morstein.
(3) Recuperado de:
https://www.worldpm2016.com/post-event/presentations/sis-presentations/sis-presentations-hm/49-development-of-wear-resistant-coatings-for-cutting-tools/file
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