FICHAS TÉCNICAS TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE Y RECUBRIMIENTOS CREDITO Nº

fichas técnicas: tratamientos de superficie y recubrimientos credito nº o8 y 01 u.d.10 professor : joan martinez arcas (catedràtic)

FICHAS TÉCNICAS:
TRATAMIENTOS DE SUPERFICIE Y RECUBRIMIENTOS
CREDITO Nº O8 Y 01 U.D.10 Professor : Joan Martinez Arcas (Catedràtic)
Cementación
Nombre de la técnica: Cementación
Compuesto básico: Carbono
Condiciones de proceso: Temperatura de proceso: 900 ºC
Propiedades:
Dureza: hasta 900 HV (58-62 HRc)
Espesor: 0.6-2 mm
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
Dureza y resistencia al desgaste.
*
Tenacidad frente al choque.
Campos de aplicación:
*
Engranajes, ejes, bulones, bielas, palieres, coronas, etc.
*
Matricería: guías utillajes auxiliares, moldes de fabricación por
embutición en frío
*
Moldes: se utilizan 1.2735 (3.5% Ni) y 1.2764 (4.1% Ni y 0.2% Mo)
con una cementación posterior
Requerimientos de la “pieza” a CEMENTAR.-
Intrínsecos del material: se recomiendan aceros con bajo porcentaje en
C (0.15-0.20 %C)
Tratamientos térmicos
*
Previos al recubrimiento
*
Recocido (opcional)
*
Posteriores al recubrimiento
*
temple (medio de enfriamiento: aceite)
*
revenido a baja T (100-200 ºC)
Ventajas y limitaciones del tratamiento:
Ventajas (según el tipo)
Limitaciones (según el tipo)
*
En general, posibles defectos estructurales de la capa cementada
pueden disminuir la dureza, introducir fragilidad y dificultar el
mecanizado.
*
Piezas muy delgadas pueden tener problemas de fragilización
*
Evitar cementar zonas no deseadas
Tipos de cementación más utilizados:
*
Cementación líquida (en baño de sales)
*
proceso rápido y eficaz
*
deben limpiarse los restos de sales
*
generación de residuos contaminantes
*
Cementación gaseosa (la más utilizada)
*
Fácil utilización y control
*
Relativo periodo de cementación
*
Posible formación de bolsas de gas muerto
*
Cementación por plasma a P =1-5 mbar (relativamente poco utilizada
debido al sobrecoste)
Observaciones y recomendaciones:
*
Se recomienda: cementación de baja presión (en hornos de vacío).
Se recomienda utilizar acetileno en lugar de propano como medio de
cementación.
Cementación a baja presión (en hornos de vacío, seguida de temple):
Medio de cementación:
*
Gas propano: medio estándar
*
Gas acetileno: presenta ventajas con respecto al propano:
*
Mayor capacidad de transferencia de carbono (incluso a
presiones por debajo de los 10mbar), obteniéndose capas muy
profundas en tiempos de proceso muy cortos.
*
Alta potencia de penetración que permite cementar
uniformemente cargas con densidades mayores y también
componentes con pequeñas ranuras, grietas y agujeros.
*
Baja formación de hollín y alquitrán que reduce los costos de
mantenimiento de los hornos.
Proceso AvaC: cementación con acetileno a baja presión
*
Aplicación a componentes para sistemas de inyección
Nitruración
Nombre de la técnica: Nitruración
Compuesto básico: difusión de nitrógeno y formación de nitruros (FexN)
Condiciones de proceso: Temperatura de proceso: 350-600ºC
Propiedades:
Dureza: 700-1200 HV
Espesor: hasta 1 mm
Aceros altamente aleados: hasta 0.3mm
Aceros poco aleados: hasta 1mm
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
Elevada dureza superficial respetando la del núcleo incluso a
temperaturas elevadas
*
Resistencia al desgaste
*
Resistencia a la corrosión
*
Resistencia a la abrasión
*
Notable aumento de la resistencia a la fatiga
*
Mínimo cambio dimensional
Campos de aplicación:
*
Moldes para inyección de plásticos
*
Matrices de conformación en frío
*
Matrices de extrusión
*
Matrices de forja
*
Moldes de inyección en caliente
Requerimientos de la “pieza” a NITRURAR.-
Intrínsecos del material: se pueden nitrurar la mayoría de los aceros
existentes, recomendados: F1710, F1720, F1740
Tratamientos térmicos:
*
Previos al recubrimiento: piezas completamente terminadas y
bonificadas (templadas y revenidas)
*
Posteriores al recubrimiento: no hay.
Secuencia de operaciones recomendada:
*
Desbaste previo de aprox. 2mm en radio
*
Temple y revenido (bonificado)
*
Mecanizado en exceso
*
Estabilizado dimensional (T>Tnitruración)
*
Mecanizado final
*
Nitrurar
*
Rectificado fino, pulido o montaje
Ventajas y limitaciones del tratamiento:
Ventajas (según el tipo y técnica)
Limitaciones (según el tipo y técnica)
Observaciones y recomendaciones:
*
Dependiendo de la función de la pieza, proceder a un rectificado o
pulido post-nitrurado para solventar problemas de deconches.
*
Nitruración iónica / nitruración gaseosa con un proceso de PRE y
POST OXIDACIÓN. Proceso pantentado por IMESAZA S.A.
Técnicas de nitruración:
Nitruración de difusión por plasma (“Plasma”):
Presenta grandes problemas de aplicación, entre los que cabe destacar
la formación de arco eléctrico, llegando incluso a fundir las piezas
que se pretenden nitrurar.
Instalaciones operativas de este tipo han quedado obsoletas y
substituidas por técnicas de vacío.
Nitruración iónica: (pág. 6)
Nitruración gaseosa:
Condiciones de proceso:T= 470-550ºC (atmósfera nitrurante a presión
atmosférica)
Observaciones:
*
largo tiempo de proceso necesario
*
fragilidad de la capa de combinación obtenida
Nitruración a presión:
NITRURACIÖN A ALTA PRESIÓN: nueva técnica en hornos de vacío, se
denomina a alta presión porque su aplicación se realiza entre 2 y 20
bares de presión.
Ventajas:
*
Excelente calidad superficial de las piezas tratadas con técnicas
de vacío
*
Tecnología no contaminante
*
Posibilidad de nitrurar piezas pequeñas y a “granel”
*
Posibilidad de nitrurar cualquier tipo de orificio que puedan
tener las piezas con necesidad antidesgaste
Nitruración en sales: (mismas consideraciones que para
nitrocarburación)
Nitrocarburación en sales
Nombre de la técnica: Nitrocarburación en sales (cianuros y cianatos)
Compuesto básico: nitrógeno y ligera aportación de carbono
Condiciones de proceso Temperatura de proceso: 565-575 ºC
Propiedades
Dureza:
Espesor: 0.1-0.35 mm
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
Aumenta la resistencia al desgaste adhesivo
*
Buenas propiedades de tenacidad
Campos de aplicación
*
Moldes para inyección de plásticos
*
Matrices de conformación en frío
*
Matrices de extrusión
*
Matrices de forja
*
Moldes de inyección en caliente
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material: mismas consideraciones que para nitruración
Tratamientos térmicos: mismas consideraciones que para nitruración
*
Previos al recubrimiento:
*
precalentamiento de las piezas en horno (T=400ºC)
*
enfriamiento al aire
*
Posteriores al recubrimiento: no hay.
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Ventajas:
*
proceso eficaz y económico
*
reducido tiempo de proceso
Limitaciones:
*
dificultades en la limpieza posterior de las piezas
*
generación de residuos contaminantes
*
aspecto poco agradable
*
superficie con cierta rugosidad
*
poca versatilidad, pues la temperatura viene prefijada en torno a
los 570ºC
Observaciones y recomendaciones
Gráfico pag 14 (ttc)
Variante del proceso: Sulfocarbonitruración
*
Baño aditivado con azufre (sulfuro potásico)
*
Efecto autolubricación que reduce el coeficiente de fricción
Nitrocarburación gaseosa
Nombre de la técnica: Nitrocarburación gaseosa
Compuesto básico: adición de CO2 en atmósfera nitrurante (NH3),
formación de carbonitruros
Condiciones de proceso: Temperatura de proceso: 560-570ºC
Propiedades
Dureza: 350-650 HV
Espesor: 0.1-0.2 mm
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
Resolución de los problemas de desgaste adhesivo, abrasivo y
corrosivo.
Campos de aplicación
*
Campo de los moldes para inyección de termoplásticos y aleaciones
ligeras
*
Pueden nitrocarburarse aleaciones sin elementos formadores de
nitruros (Al, Cr, Mo, V, Ti...)  F111, F114, F125...
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material: mismas consideraciones que para nitruración
Tratamientos térmicos: mismas consideraciones que para nitruración
Ventajas y limitaciones del tratamiento
*
Acabado excelente, sin apenas variaciones de rugosidad
*
Extraordinaria aptitud para el pulido post-tratamiento
Observaciones y recomendaciones
Gráfico pag 14 (ttc)
*
La nitruración gaseosa (en atmósfera de NH3) puede realizarse a
alta o a baja presión .... (se utiliza más la nitrocarburación
gaseosa?????)
Nitruración iónica
Nombre de la técnica: Nitruración iónica
Compuesto básico: atmósfera de nitrógeno, metano, hidrógeno y otros
gases (carburantes, argón, incluso gas sulfuro).
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: 450-600ºC a vacío (2-4 mbar)
Propiedades
Dureza: 1300-1400 HV
Espesor: 0.1-0.2 mm
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
Se consigue endurecer la superficie sin alterar las propiedades
del núcleo
*
Alta dureza superficial y tenacidad frente a problemas de
fragilidad en cantos y filos de corte
Campos de aplicación
*
Para aquellos fabricantes de utillajes que utilicen aceros de
molde pretemplados para mecanizado en alta velocidad
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material: mismas consideraciones que para nitruración
Tratamientos térmicos: mismas consideraciones que para nitruración
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Observaciones y recomendaciones
Gráfico pag 6 (ttc).- Durezas obtenidas por ionitruración sobre
diferentes materiales
*
La colocación de las piezas en el horno es un factor clave.
*
En orificios es especialmente complicado obtener la nitruración
deseada.
Carbonitruración
Nombre de la técnica: Carbonitruración
Compuesto básico: aporte de C (cementación) + aporte de N (para
aumentar la dureza)
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: 850ºC
Propiedades
Dureza: 700-720 HV
Espesor: hasta 0.5mm
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
Dureza y resistencia al desgaste
*
Tenacidad frente al choque
*
Resistencia a fatiga
Campos de aplicación
*
Piezas de tornillería, de decoletaje, de chapa conformada,etc
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material:
*
se recomiendan aceros muy poco templados con cierta resistencia al
desgaste
*
aceros de cementación (contienen Cr, Ni, Mo)
*
aceros con bajo contenido en C (de rápida mecanización y
ductilidad, pero con dificultad para obtener dureza mediante el
temple)
Tratamientos térmicos: Mismas consideraciones que para cementación.
Ventajas y limitaciones del tratamiento
*
Menores deformaciones en el temple
Observaciones y recomendaciones
Boruración
Nombre de la técnica: Boruración
Compuesto básico: incorporación de Boro (en forma de boruros Fe2B,
FeB) de elevada dureza)
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: 800-1000 ºC
Propiedades
Dureza: =< 2000
Espesor: =<0,4 mm
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
Campos de aplicación
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material: son susceptibles de boruración todos los
tipos de acero excepto los de alto contenido en aluminiso y silicio.
Tratamientos térmicos
*
Previos al recubrimiento: recocido (opcional).
*
Posteriores al recubrimiento: temple y revenido.
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Ventajas
Limitaciones
Observaciones y recomendaciones
*
La boruración se puede realizar en polvo, con pasta, líquida,
gaseosa o por plasma.
Cromado duro
Nombre de la técnica: cromado duro
Compuesto básico: aportación de cromo duro (sin transformación del
metal base)
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: a 50ºC en solución acuosa (por vía
electrolítica)
Propiedades
Dureza: 900-1000 HV
Espesor: 0.6-1.5mm
Coeficiente de fricción: cromo/acero= 0.15 (bajo)
Adherencia a sustrato: perfecta cohesión
Características generales:
Cromo-duro standard
*
Gran resistencia al desgaste por rozamiento, debido a su bajo
coeficiente de fricción
*
Resistencia a la corrosión, aunque con limitaciones. (La capacidad
anticorrosiva se incrementa en recubrimientos de cromo-duro
microfisurado y cromo-duro dúplex)
*
Elevada dureza superficial
*
Excelente facilidad de pulido
*
No existe deformación, ni cambio estructural del material a
recubrir
Campos de aplicación
*
Utillaje:
*
de control: calibres cilíndricos y cónicos, calibres de
roscas, calas
*
de corte: fresas, brocas, dispositivos de pulido o bruñido
*
de medida: micrómetros, nonio
*
Cromo duro estándar:
*
Piezas que soporten un desgaste de tipo mecánico y que no
estén expuestas a ambientes muy corrosivos (p.ej. elementos
para maquinaria de inyección de plásticos)
*
Cromo duro duplex:
*
Metales base con un desgaste metálico, expuestos a ambientes
muy corrosivos y ambientes húmedos o marítimos.
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material:
*
Materiales sobre los que se puede cromar:
*
Sin dificultad: aceros de herramientas
*
Con precauciones: aceros inoxidables, aceros tratados por
inducción o a la llama, aceros nitrurados o cementados.
*
Con dificultad: aceros con alto contenido en Manganeso y
Volframio, aceros aleados que han sido cromados y descromados
más de una vez.
*
Estado superficial: material libre de poros y fisuras, con baja
rugosidad e irregularidades.
Tratamientos térmicos
*
Previos al recubrimiento
*
Si la dureza del metal base está comprendida ente 40-50 HRC se
podrá cromar sin necesidad de ningún tratamiento térmico.
*
Si la dureza del material base es superior a 50 HRc, es
recomendable realizar un tratamiento térmico a 150 ºC durante
una hora, para relajar tensiones internas del mismo.
*
Se recomienda realizar un rectificado previo para homogeneizar
las rugosidades superficiales, realizarlo con mucha precaución
y gran aportación de lubrificantes.
*
Posteriores al recubrimiento
*
Temple y revenido
*
Pasivación superficial del tratamiento térmico
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Factores a tener en cuenta en la deposición (limitaciones)
*
Fragilidad o falta de resilencia si se aplican grandes espesores
de capa
*
Disminución de la dureza con la temperatura (T>500ºC)
*
Ataque químico por algunos compuestos (ácido halogenados, cloro
húmedo y un gran número de compuestos clorados)
*
Débil poder penetrante (cavidades, ángulos entrantes,etc.) Se
recomienda utilizar dispositivos especiales, cátodos auxiliares,
pantallas aislantes, etc.
*
Mayor densidad del recubrimiento en aristas y puntas. Se
recomienda redondear los ángulos salientes para evitar al máximo
la arborescencia.
*
Posible absorción de hidrógeno durante el proceso (en aceros
sometidos a temple brusco) que provoca fragilidad en el
recubrimiento.
*
Posible disminución de la resistencia a la fatiga (sobre todo en
pieza que trabajan a tensión alternativa)
Observaciones y recomendaciones
*
Comportamiento del rozamiento del cromo frente a:
*
Aceros dulces y semiduros: bueno con velocidades y presiones
medias y manteniendo continua lubricación
*
Aceros duros: óptimo si excelente acabado y no se aplican
elevadas presiones y velocidades de frotamiento.
*
El rozamiento de cromo frente a cromo está totalmente
prohibido debido al gripaje
*
La corrosión puede empezar por el metal base, formando ampollas y
levantando la capa de cromo. Para evitarlo aplicar un
recubrimiento dúplex.
Niquelado (Ni-P)
Nombre de la técnica: Niquelado químico
Compuesto básico:
*
Baños de níquel y fósforo (Ni-P) en diferentes proporciones,
también admite PTFE, CSI y DIAMANTE.
*
Baños de níquel y boro (Ni-B)
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: 100ºC
Propiedades
Dureza: 450-1000 HV, depende de si se aplica o no tratamiento térmico
(Níquel-químico 10-12%P)
Espesor: (dependerá de tipo de baño)
Coeficiente de fricción(Ni-acero): (dependerá de tipo de baño)
Adherencia a sustrato: excelente
Características generales:
Níquel-químico 10-12%P
*
Resistencia a la corrosión y desgaste (coef de fricción=0.21-0.38)
*
Dureza elevada
*
Execelente uniformidad
*
Brillo
Níquel químico 12 % P + PTFE
*
Elevada resistencia al desgaste, mejor sustancialmente respecto al
Níquel-Químico tradicional (coef de fricción=0.05).
*
Elevada resistencia a la corrosión, que se consigue con capa
dúplex de Níquel-Teflon (10 micras) sobre Níquel químico
tradicional (5-10 micras).
*
Repelente del agua, suciedad o aceite.
*
Lubricación en seco reduciendo la fricción.
*
Gran uniformidad en todo tipo de geometrías.
*
Aumenta la vida útil de las piezas recubiertas.
Campos de aplicación
Níquel químico 12 % P
*
Moldes (ver tabla *Niquel químico-moldes)
Níquel químico 12 % P + PTFE
*
Moldes para inyección de plásticos, abrasivos y cauchos
*
Componentes del Molde (patines, correderas, punzones, etc...)
*
Para el desmoldeo en la inyección de plásticos, pvc, siliconas,
cauchos,etc.
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material:
*
La superficie a recubrir debe estar completamente limpia
Tratamientos térmicos
*
Previos al recubrimiento
*
Posteriores al recubrimiento
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Ventajas
*
Recubrimiento uniforme en toda la superficie ( siempre que haya en
el baño suficiente aireación y agitación)
*
Idóneo para recuperación de cotas
*
Acepta pulidos posteriores
*
Ventajas sobre moldes de inyección:
*
Permite emplear diversos tipos de acero o aleación más
económicos en la fabricación de moldes.
*
Prolonga la duración del molde, que puede recibir sucesivas
capas de níquel sin alteración dimensional y de acabado.
Limitaciones
*
Requiere de tratamiento de residuos
Implantación iónica
Nombre de la técnica: implantación iónica
Fundamento: modificación de una capa muy fina del material a tratar
por bombardeo de nitrógeno o ciertos iones metálicos en la superficie
del mismo
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: 150ºC (ambiente?????), alto vacío (10-5 – 10-6
mbar)
Propiedades
Dureza: -
Espesor de capa: 0
Orden de magnitud de la implantación (en profundidad): décima de micra
Coeficiente de fricción: bajo
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
Aumento de la resistencia al desgaste adhesivo (o abrasivo no muy
severo) y fricción
*
Aumento de la resistencia a la corrosión (implantación de cromo)
*
Solución de otros problemas: aumento en la resistencia a la
fatiga, aumento en la resistencia a la cavitación, etc.
Campos de aplicación
*
Moldes de inyección de plástico: implantación de cromo para
problemas de desgaste con corrosión e implantación de nitrógeno
para el desgaste por inyección de plásticos cargados.
*
Útiles para fabricación de envases metálicos: implantación de
nitrógeno en troqueles, punzones y matrices
*
Cuchillas y otros útiles para corte de papel: implantación de
nitrógeno
*
Punzones, troqueles, matrices y útiles para estampación,
deformación de chapa o conformado de tubos
*
Cuchillas, extrusores, rodillos y otros útiles empleados en la
industria alimentaria.
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material:
Tratamientos térmicos
*
Previos al recubrimiento (no se necesita calentar las piezas)
*
Posteriores al recubrimiento: el proceso no influye en el temple y
revenido posteriores
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Ventajas:
Según AIN:
*
Se consiguen aumentos de vida útil de hasta cinco o diez veces
(según la aplicación). Permite mejorar las características
superficiales del material sin afectar a sus propiedades internas
*
Se evitan desprendimientos de capa, alteración de cotas y el
acabado superficial queda inalterado (respeta los pulidos o las
texturas iniciales)
*
No puede desprenderse
*
Puede aplicarse sobre otros tratamientos (nitruración, cromo duro,
TiN...) multiplicando sus efectos
*
Controlable y versátil
*
Puede limitarse selectivamente a las partes de la pieza que se
desea proteger enmascarando el resto
*
Medioambientalmente limpia
Limitaciones
Según AIN
*
Proceso direccional
*
Técnica de alto vacío  limitaciones ...
*
No adecuado para herramientas que trabajan a altas temperaturas
(T>300ºC)
*
No adecuado para desgaste abrasivo severo (capa poco profunda)
*
El efecto del bombardeo sobre el material puede provocar daños
sobre el mismo y alteraciones estrucuturales:
*
amorfización del material base (sobretodo en procesos a baja
temperatura)
*
formación de precipitados endurecededores
*
creación de tensiones compresivas (que aumentan la elasticidad
superficial y bloquean el crecimiento de microgrietas)
*
No admite rectificados posteriores
Observaciones y recomendaciones
*
se recomienda la implantación de cromo para evitar el ataque
químico por gases corrosivos en moldes de inyección de plástico
Proyección térmica
Fuente: VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos,
Encuentro de Tribología (20,21 Septiembre 2001).
Nombre de la técnica: proyección térmica
Descripción: aportación de materiales proyectados en forma de
partículas fundidas finamente divididas, sobre un sustrato debidamente
preparado.
El material a proyectar (en forma de polvo o varilla), es fundido
mediante una energía obtenida a partir de:
*
la combustión de gases
*
de un arco voltaico
*
de una recombinación de gases plasmógenos
El material fundido es proyectado seguidamente sobre la pieza a
recubrir en estado plástico con una alta energía cinética y térmica
que cede a la misma uniéndose al sustrato con fuerzas de anclaje que
pueden llegar a superar los 80 MPa.
Los procedimientos más utilizados son:
*
Flame power (proyección de polvo por combustión)
*
Flame wire (proyección de alambre por combustión)
*
Wire arc (Proyección de alambre por arco eléctrico)
*
Plasma spray (proyección por plasma)
*
Detonación
*
HVOF (alta velocidad)
Compuesto básico: polvos metálicos, WC-Co, WC-CoCr, WC-Ni, Cr3C2-NiCr,
Cti-NiCr, etc,
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: Ambiente ¿? (en cualquier caso, Tmaterial<150ºC)
Propiedades
Dureza: 600-1700 HV
Espesor: Variable
Coeficiente de fricción:
Adherencia a sustrato:
Características generales:
*
resistencia al desgaste y a la corrosión
*
barrera térmica
Valores de microdureza, porosidad, y resistencia máxima de los
recubrimientos.
Recubrimiento
Dureza (HV)
Porosidad (%)
Resist.Máx (MPa)
WC-Co
1051
<1
-
WC-Co
879
2
-
Cr3C2-NiCr
926
<1
-
Cr3C2-NiCr
839
2
-
Mo
440
1.3
25016
Bronce de aluminio
176
<1
31633
Fuente: VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos
Campos de aplicación de la técnica
*
técnicas de proyección como herramientas de CONFORMADO de piezas
*
producción rápida de prototipos de moldes metálicos mediante
técnicas de proyección por llama y por arco eléctrico
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material:
Tratamientos térmicos
*
Previos al recubrimiento
*
Posteriores al recubrimiento
Secuencia de pasos a seguir en un proceso de proyección térmica:
1.
Limpiar la superficie a recubrir.
2.
Preparación de dicha superficie (generalmente mediante un
granallado con corindón sintético o granalla anular metálica).
3.
Proyección de la capa de anclaje, o de la capa directamente en el
caso de que esta última sea autoanclante.
4.
Mecanizado o rectificado final del recubrimiento si es necesario.
Ventajas y limitaciones del tratamiento
*
Cabe destacar que durante el proceso de proyección térmica, el
material a recubrir no debe superar los 150 ºC para evitar los
cambios estructurales o tensiones añadidas.
MÉTODO DE INYECCIÓN POR PLASMA
Parámetros:
*
Gases plamógenos:
*
Gases primarios: argón o nitrógeno.
*
Gases secundarios: hidrógeno o helio (5-25%).
*
Atmósfera de protección:
Según como sea dicha atmósfera existen dos métodos de protección:
*
Proyección por plasma en el aire APS (air plasma spraying), en
condiciones atmosféricas ambientales.
Se consiguen capas con elevada resistencia al desgaste.
*
Proyección por plasma en vacío VPS (vacuum plasma spraying), en
una cámara con atmósfera inerte (normalmente argón).
El resultado son capas de mayor densidad, mejor adherencia y cohesión.
Materiales de proyección:
*
Metales puros (Mo, Ti, Ni, Ta, Al, Zn, etc).
*
Aleaciones (NiCr, NiCrAlY, FeCrBSiC, aceros, bronces)
*
Pseudoaleciones (Cu-W, bronce-acero, Al-Mo, etc.)
*
Cerámicas (Al2O3, Cr2O3, ZrO2, TiO2, WC, etc.)
*
Cermets (Cr3C2/NiCr, CW/Co, ZrO2/NiAl,etc.)
*
Plásticos (poliéster, polietilenos,etc.)
*
Materiales biocompatibles (hidroxilapatita,etc.)
Material base
*
Se pueden emplear como materiales de base para los recubrimientos
proyectados por plasma todo tipo de aceros.
Ventajas:
*
Esta técnica puede ser empleada con una amplia variedad de
materiales, incluidos los cerámicos.
Aplicaciones de la técnica utilizada como recubrimiento:
*
Protección contra diferentes mecanismos de desgaste: abrasión,
adhesión, erosión y fretting (fisuración superficial).
*
Protección contra corrosión.
*
Aislamiento térmico.
TD
Nombre de la técnica: T.D. (Toyota deposition)
Fundamento: implantación de un ión contenido en el seno de un baño
fundido, el cual reacciona con el C del acero para formar el carburo
correspondiente
Compuesto básico: baño compuesto por bórax (borato sódico) y
ferroaleaciones de los elementos a implantar V, Nb, Cr... formación
de carburo de vanadio (VC), carburo de niobio (NbC) y carburo de cromo
(Cr7C3) respectivamente.
Composiciones de capa: VC, NbC, TaC, TiC, Mn5C2, Cr7C3, Cr2C6...
Recubrimientos más comunes: TiC, (V,Nb) C, VC, TiC-TiN, TiC-TiCN,
TiC-BC
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: 800-1250ºC
Propiedades
Dureza: 2400-2900 HV / ¿¿¿¿1700-4000 HV????? (depende del
recubrimento)
Espesor: 5-20m
Coeficiente de fricción: 0.3-0.6
Adherencia capa-sustrato: excelente (superior a la obtenida en
procesos a baja temperatura)
Características generales:
*
Resistencia al desgaste
*
Resistencia al gripaje
*
Resistencia a la corrosión
*
Excelente resistencia a la oxidación
Campos de aplicación
*
Se aconsejan recubrimientos a alta temperatura para trabajos de
conformado, extrusión enfrío, en caliente, forja y embutición.
*
Ejemplos: matrices de conformado y/o embutición de chapa 
aplicaciones de distintos recubrimientos mediante CVD y TRDD.
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Material base: aceros de alta, media y baja aleación. Aceros rápidos.
*
Aceros templables con capacidad de obtener durezas elevadas (60
HRc) en general aceros para trabajo en frío (1.2379 es el más
utilizado)
*
No obstante, las capas de TRDD se aplican también sobre aceros de
trabajo en caliente como 1.2344
Secuencia de operaciones: mecanizado, (recocido opcional), acabado,
rectificado y pulido (puesto que las capas duras tienden a copiar el
acabado superficial), TD, tratamientos térmicos posteriores.
Tratamientos térmicos:
*
Previos al recubrimiento: Las piezas deben estar en estado de
recocido para eliminar las tensiones que puedan presentar.
*
Posteriores al recubrimiento: temple y revenido inmediatamente
después de finalizar la etapa de recubrimiento en condiciones no
oxidantes o en vacío (para evitar la oxidación de las capas
obtenidas).
Los revenidos deben ser realizados en vacío si superan los 250ºC.
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Ventajas
*
Simplicidad y menores costes
*
Flexibilidad en la composición de cargas
*
Fácil procesado en serie
*
Fácil tratamiento parcial por zonas
*
No existen limitaciones para piezas de grandes dimensiones
Limitaciones
*
El acabado por rectificado o electroerosión puede producir
decarburación de la superficie creando una zona blanda sobre la
que el recubrimiento tendrá mala adherencia. Se recomienda
rectificado con nitruro de borro (CBN) para disminuir estos
efectos.
*
Pueden existir problemas de distorsiones en piezas tratadas, las
piezas a recubrir deben presentar tolerancias que permitan
asimilar estas posibles distorsiones.
*
Limpieza de las sales residuales en zonas de difícil acceso (como
agujeros roscados ciegos de métricos pequeños).
Observaciones y recomendaciones
*
Si las piezas son herramientas de corte de metal duro no se
realizarán tratamientos térmicos ni ajustes dimensionales
posteriores al recubrimiento.
CVD
Nombre de la técnica: CVD (Deposición Química en fase vapor)
Fundamento: Compuesto gaseoso reacciona con un reductor obteniéndose
el ión metálico que reacciona con otros agentes para formar el
compuesto deseado. El compuesto condensa sobre la superficie
difundiéndose hacia el interior.
Compuesto básico: típicamente nitruros, carbonitruros y carburos de
titanio, boro o molibdeno.
Capas más utilizadas: TiC, TiCN y TiN; también: SiC, Al2O3, BC... o
combinaciones de las mismas.
Las combinaciones de multicapas de los compuestos de titanio son las
más utilizadas.
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: 850-1050 HV ( a vacío o incluso a presión
atmosférica)
Propiedades
Dureza: 2000-4200 HV
Espesor: 5-20 m
Coeficiente de fricción: 0.3-0.6
Adherencia a sustrato: excelente (superior a la obtenida en procesos a
baja temperatura)
Características generales:
*
Excelente resistencia al desgaste
Campos de aplicación
*
Se aconsejan recubrimientos a alta temperatura para trabajos de
conformado, extrusión en frío, en caliente, forja y embutición.
*
Ejemplos: matrices de conformado y/o embutición de chapa 
aplicaciones de distintos recubrimientos mediante CVD y TRDD.
*
Protección de matrices de estampación de chapa de automóvil de
alto límite elástico y otros útiles sometidos a grandes esfuerzos.
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Material base: aceros de alta y media aleación, aceros rápidos.
Secuencia de operaciones: mecanizado, (temple), acabado, CVD, segundo
temple casi siempre.
Tratamientos térmicos
*
Previos al recubrimiento: temple (opcional) para aceros de alta
templabilidad y pequeñas dimensiones. Las piezas deben estar en
estado de recocido para eliminar las tensiones que puedan
presentar.
*
Posteriores al recubrimiento: las piezas se enfrían lentamente en
el reactor a vacío para evitar la oxidación de los compuestos
formados y posteriormente se procede al temple y revenido (también
en hornos de alto vacío)
Los revenidos deben ser realizados en vacío si superan los 250ºC.
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Ventajas
*
Mejor adhesión que el PVD, mayores espesores, y posibilidad de
recubrir zonas no expuestas de la pieza (proceso no direccional).
*
La dureza se mantiene en profundidad, especialmente cuando hay
temple posterior.
*
Pueden obtenerse múltiples capas
*
Las capas pueden ser extraídas mediante proceso químico y vueltas
a recubrir si es necesario
*
Limpieza previa menos crítica que para PVD
*
Poca influencia en el acabado superficial
Limitaciones
*
En aceros de temperatura de revenido baja puede tener limitaciones
(aplicabilidad del tratamiento a aceros que puedan resistir
temperaturas del orden de los 1000ºC).
*
El acabado por rectificado o electroerosión puede producir
decarburación de la superficie creando una zona blanda sobre la
que el recubrimiento tendrá mala adherencia. Se recomienda
rectificado con nitruro de borro (CBN) para disminuir estos
efectos.
*
Pueden existir problemas de distorsiones en piezas tratadas, las
piezas a recubrir deben presentar tolerancias que permitan
asimilar estas posibles distorsiones.
*
Difícil tratamiento parcial por zonas
*
Limitaciones para piezas de grandes dimensiones
Observaciones y recomendaciones
===============================
Recomendaciones:
*
Tomar las debidas precauciones para evitar deformaciones,
sometiendo las piezas a un temple posterior al tratamiento.
*
El temple posterior proporciona mayor dureza, adherencia a
sustrato y resistencia al desgaste
*
En las muestras templadas se observa oxidación superficial, en la
práctica, esta capa se elimina debido al pulido final al que se
someten las piezas tratadas.
Técnica más utilizada: CVD a baja presión (LPCVD)
Presiones: 250-400 mbar
Ventajas:
*
Uniformidad de capa precisa incluso en zonas anguladas y cantos,
zonas estrechas y geométricamente desfavorecidas.
*
Posibilidad de obtención de capas simples y multicapas con un
acabado brillante y manteniendo la rugosidad inicial de la pieza.
*
Poca cantidad de compuestos residuales a tratar.
Futuro:
*
Obtención de capas CVD a temperaturas bajas (cercanas a 600ºC) con
la introducción de generadores de plasma
*
Capas de metales y compuestos específicos mediante precursores
organometálicos
PVD
Nombre de la técnica: PVD (Physical Vapour Deposition) Evaporación a
partir de estado sólido en vacío
Fundamento de la técnica: se evapora un metal junto con un gas reactor
siendo ambos proyectados gracias a una ddp.
Técnicas de PVD
*
Evaporación por haz de electrones
*
Evaporación por arco eléctrico
*
Pulverización por Magneton Sputtering
Compuesto básico: TiC, TiN, TiCN, TiAlN, CrN, WC, MoS2, DLC, etc.
Condiciones de proceso
Temperatura de proceso: =< 520 ºC (grado de vacío elevado, 1-2x10-5
mbar)
Propiedades
Dureza: según tipo de recubrimiento
Espesor: según tipo de recubrimiento
Coeficiente de fricción: según tipo de recubrimiento
Adherencia a sustrato: según el espesor de capa: >10m  aceptable, <5m
 correcta.
Características generales:
*
Alta dureza
*
Alta resistencia química
*
Presentan gran resistencia al desgaste adhesivo
*
Baja tendencia al gripaje o microsoldadura
*
Bajo coeficiente de fricción
*
Baja conductividad térmica
*
Además de: resistencia a la corrosión, estabilidad a temperaturas
elevadas...
Campos de aplicación
*
Punzones de corte, punzones centradores. Matrices de corte fino
PVD
*
material
*
dureza
*
recubrimiento: TiN, TiCN
*
espesor
*
Fresas, escariadores, machos de roscar, brocas, plaquitas de metal
duro
*
material
*
dureza
*
recubrimiento: TiN, TiCN, Mo, CrN
*
espesor
*
Fresas, plaquitas de metal duro para mecanizar a alta velocidad,
aceros y aleaciones tratadas
*
material
*
dureza
*
recubrimiento: TiAlN (monocapa), AlTiN (multicapa)
*
espesor
*
Moldes de inyección de plástico y aleaciones metálicas de bajo
punto de fusión
*
material
*
dureza
*
recubrimiento: TiN, CrN2
*
espesor
Otra clasificación (no detalla tipo de recubrimiento) AIN PVD pag 22
*
Herramientas de corte
*
Brocas
*
Escariadores
*
Brochas
*
Fresas
*
plaquitas
*
Útiles de conformado
*
Matrices
*
Punzones
*
Hileras de estirado
*
Matrices de conformado
*
Útiles para procesado de plásticos
*
Moldes de inyección
*
Matrices de extrusión
*
Husillos
Características de los recubrimientos (tabla de apuntes del seminario
+ ttc PVD pag 10!!!!!!)  se detallan tb aplicaciones concretas
*
Recubrimientos base titanio
*
Nitruro de titanio TiN
*
Carburo de titanio TiC
*
Carbonitruro de titanio TiCN
*
Nitruro de titanio aluminio TiAlN
*
Recubrimientos base molibdeno
*
MoS2
*
Nitruro de cromo CrN
*
Nitruro de zirconio ZrN
*
Carburo de tungsteno WC
*
DLC???
Requerimientos de la “pieza” a recubrir
Intrínsecos del material:
*
Material base: se puede recubrir cualquier tipo de acero (incluso
tratados), aceros nitrurados por plasma y aceros con capas de
cromo duro o níquel químico.
*
La pieza debe estar completamente acabada, rectificada y pulida
antes de aplicar el recubrimiento
*
La limpieza previa y el estado superficial son muy críticos para
conseguir un recubrimiento homogéneo sin manchas ni defectos
*
Moldes y matrices son desgasedos en hornos de vacío (450-500ºC),
arenadas con corindón o carburo de silicio y finalmente pulidas.
*
Acabados finos disminuyen el riesgo de microsoldaduras tanto en
frío como en caliente
Secuencia de operaciones: mecanizado, temple, acabado, PVD
Tratamientos térmicos
Previos al recubrimiento:
*
Tratamiento térmico substrato anterior al recubrimiento:
*
Temple
*
Revenido dos veces como mínimo a temperatura 50 ºC superior a
la del PVD
*
Medio de enfriamiento horno.
Posteriores al recubrimiento: normalmente no es necesario volver a
templar y revenir. Si la aplicación lo requiere puede hacerse un
pulido posterior al recubrimiento.
Ventajas y limitaciones del tratamiento
Ventajas
*
No existen deformaciones de la pieza
*
No existen residuos
*
Posibilidad de complementar los recubrimientos con capas múltiples
Limitaciones
*
Proceso direccional
*
Añade 2-3 m a las dimensiones de la pieza
*
Los orificios interiores pueden recubrirse hasta una relación
diámetro/profundidad igual o superior a 1:1
*
Riesgo de desprendimiento del recubrimiento
Observaciones y recomendaciones
===============================
*
La temperatura del tratamiento puede afectar a aceros con
revenidos a baja temperatura
*
Puede ser no suficiente para el desgaste abrasivo severo
*
El acabado, por rectificado o electroerosión, pueden producir
deterioro superficial que dificultan la adherencia del
recubrimiento
Recubrimientos de PVD: compuestos convencionales y nuevo compuestos
(revista tt nov03 pag 30-32)
*
Compuestos convencionales y nuevos compuestos (revista TT, nov03,
pag 31)
Tabla 1. Resumen de los resultados obtenidos en los ensayos de
desgaste y fricción para los recubrimientos de TiN, CrN, ZrN y
combinaciones dopadas TiN, ZrTiN, ZrN, ZrN-TiN, CrZrN (66%Cr), CrZrN
(66%N), CrZrN, TlCrZrN, TiCrN, CrN
Tabla 2. Dureza comparativa de los recubrimientos TiN, CrN, ZrN.
*
Recubrimientos tribológicos: “mejoran la resistencia al desgaste”
(revista TT, nov03, pag 31 y pag 32)
Metal (Mo, Ta, w) – DLC
-----------------------
Se obtienen por técnicas PVD (por evaporación por arco eléctrico y por
sputtering).
(...)
*
Recubrimientos dúplex: Nitruración iónica + PVD: CrN o TIN
(revista TT, nov03, pag 31 y pag 32)
Características: desgaste adhesivo, propiedades térmicas o de
desmoldeo superficiales y desgaste abrasivo en profundidad.
Nueva generación de Tratamientos termoquímicos en baño de sales (Grupo
HEF):
NITRURACIÓN / NITROCARBURACIÓN / OXINITROCARBURACIÓN
Fuente: Revista MOLDES
Descripción: baños con base de cianatos sin cianuro (no contaminantes)
aditivados / catalizados por la adición de productos orgánicos e
inorgánicos.
Los principios activos añadidos en el medio de base, permiten obtener
bien un medio reductor; bien medio neutro o al contrario un medio
oxidante para conducir a la nitruración, nitrocarburación u
oxinitrocarburación respectivamente.
T proceso: 510-650 ºC.
Material base: todos los aceros para herramientas.
Propiedades:
*
resistencia al desgaste
*
resistencia a la abrasión
*
resistencia a la corrosión
Ventajas:
*
no contaminantes
*
gama de tratamientos muy cortos respecto a las tecnologías
existentes y precios competitivos
Aplicación:
*
Utillajes / Moldes: todo tipo de matrices o de moldes hechos de
aceros cuya temperatura de revenido esté comprendida entre
510-650ºC, según la característica del medio termoquímico
utilizado.