Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 12, N° 1 Y 2, 1993. 33

OBTENCION DE MULTICAPAS DE NITRUROS SOBRE HERRAMIENTAS DE CORTE_1EDIANTE EL METODO PVD.

L. Nerey C. y B. Acay L.

Instituto de Materiales y Reactivos para la Electrónica. Universidad de La Habana, Cuba.

ResumenUna novedosa tecnología para la obtención de nitruro de titanio (TiN) "in situ" se ha puesto en

explotación recientemente en muchos países desarrollados. Se trata de la tecnología PVD (Physical VaporDeposition). A partir de un diseño experimental del tipo 23 se logró establecer una optirnización de losparámetros involucrados en la formación de un recubrimiento multicapa a base de nitruro de Ttanio-nitruro deMolibdeno, con lo que se alcanzan microdurezas superficiales cercanas 1500 HV. Esto permitió lograrrendimientos en la vida útil de diferentes herramientas, siendo el caso más notable de brocas de 5 mm de -diámetro, cuyo Kt=28, es decir su vida útil, llegó u ser mucho mayor con este recubrimiento multicapa. Secontinúa investigando la utilización de regímenes ¡de trabajos más intensos con vistas a alcanzar una mayorproductividad en la explotación de las herramientas.

INTRODUCCION

La necesidad de aumentar la resistencia aldesgaste mediante el incremento de la durezasuperficial de las herramientas destinadas almaquinado de materiales y aleaciones ha sidoobjeto de estudio y de investigación por parte demuchos hombres de ciencia.

Los primeros intentos condujeron alenriquecimiento de la composición del material dela herramienta de corte, al uso de revestimientos aaltas temperaturas, etc., con lo que se producíangastos innecesarios y riesgos de la pérdida de laspropiedades de las herramientas. En los últimosaños, el proceso de deposición física de metalescompuestos en fase de vapor ha recibido un granimpulso pudiéndose depositar carbures y nitrurossobre una gran cantidad de sustratos (materialbase), entre ellos los aceros de corte rápido [1, 2,3]. Con tales recubrimientos se mejorasustancialmente la resistencia al desgaste, laresistencia a la corrosión y abrasión;concretamente se alcanza un incremento de la vidaútil hasta 3 veces comparado con la herramientasin recubrir. '

Actualmente Cuba dispone de estasinstalaciones con el fin de darle tratamiento a granparte de las herramientas que se importan para serutilizadas en todas las ramas de la industria y lavida social en general.

DESARROLLO Y RESULTADOS.

Teniendo en cuenta que se dispone de lainstalación generadora de plasma iónico a altovacío (BULAT) nos dimos a la tarea de determinarotros procedimientos en los que además de nitrurode Titanio se obtiene nitruro de Molibdenoalternativamente, con lo que se deposita unamul ticapa de ambos nitruros sobre lasherramientas de corte.

La formación de este recubrimientomúltiple se alcanza por la condensación de loscompuestos formados "in situ" en condiciones dealta pureza, baja temperatura y alto vacío, con loque se refiere a las herramientas una altamicrodureza superficial.

Para la elaboración del procedimiento separtió de un diseño experimental del tipo 23 [6],con el cual se trabajó para obtener la informaciónadecuada de los efectos que nos da la interrelaciónde las variables: tiempo de calentamiento, presiónde hidrógeno, tensión de apoyo y a la vez lainfluencia sobre la variable microdureza que es laque determina en el coeficiente de aumento de vidaútil de la herramienta, para así poder obtener losvalores óptimos de trabajo.

Para determinar los pasos de las variablesindependientes se define el nivel de base como:

Latin/smericun Journul of Metallurgy a1/{1 Mtuerials. Vol. 12, N° 1, 2, 1993.

34 Revista Ltuinoamericana de Metalurgia y Materiales. oL12. o 1 y 2. 1993.

Xj = 1.5 ± 0.5 min (tiempo de calentamiento)X2 = 0.35 ± 0.05 Pa (presión de nitrógeno)X3 = 350 ± 100 V (tensión de apoyo).

Tiempo de cal ntamiento Xj = 1.78 minoPresión de nitrógeno X2 = 0.39 Pa.Tensión de Apoyo X3 = 450 VMicrodureza resultante Y = 1456.29 HV

Para la ejecución del plan factorial, setomaron 64 herramientas y se distribuyeron arazón de 4 herramientas por experimento,realizando 8 corridas con 3 factores controlables ados niveles. Luego de las mediciones de lamicrodureza y la codificación de factores, se llegaa la conclusión de que los valores de losparárnetros independientes son:

Un esquema del proceso tecnológicocompleto se muestra a continuación (fig 1), asícomo el dibujo simplificado de la instalacióngeneradora de plasma de nitruros (fig 2). [4, 5].

Brocas, Machos y Calzos I1

Preparación superficial.Limpieza con solventesorg:lI1ieos. ahrasivos. cte.

1Tnunmicnro con ultrasonido.li rnpicza con sol vcntcs para elsecado

1Colocación en los dispositivos

A la cámara .1I

1,5 KV~

Limpieza iónica, calentamiento2,6-X,Ox 10-3 Pa e implantación de Titanio.

1IOep(¡sito de nitruro de Titanio

I250-450V

Formación de multicapas a base

OJ-O,4Pa • de nitruro de Titanio ynitruro de Molibdeno,

IIEnfriamiento de las Iherramientas

II Extracción de las herramientasde la cámara e inspección.

IIDeterminación de dureza, Irnicrodureza, vida útil, etc.

Fig 1. Esquema del proceso tecnológico para la aplicación del recubrimientomulticapa TiN-MoN-TiN a herramientas de corte de acero rápido.

/

Latinémerican Iourtutl o]' Mctnllurg» aud Moterials, Vol.12, N" 1, 2, 1993.

3 J:::.Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materinles. Vol.l2. N° 1 Y 2. 1993.

r---------------'-.--- ..-.-----------,-20, ¿

® C2E:l~, ~,~ @,l¡,• / ITiJ'j \ -, ~

.1 ~ I l/ti I Ih: \ !Tf \\ 4/ W('IÓ- _ /Y2 I ;) \ .,

o.,3,-éJ4.Pa l,.y' ,1 I ~ 1\1'1;' 2,6 8!',,/¿) '4,-I -' M. I I¡¡t I\ !TI II 1'\ .r (Í)\\Ntl¡;~ I c·1 .\ 11 / 0

\ I I li? \ /h:

1

Fig. 2. Dibujo simplificado de la instalación para la aplicación del recubrimiento multicapa. 1.- Cátodo deTitanio o Molibdeno. 2.- Dispositivo con la herramientas. 3.- Entrada del Nitrógeno. 4.- Salida hacialas bombas de alto vacío. 5.- Sistema de rotación da las herramientas. 6.- Cámara de trabajo.

Los resultados experimentales se muestranen la tabla siguiente:

T bl I R 1 d Ea a esu ta os' xpenmenta esTipo de Microdureza Coef.de Vida

Herramienta (HV) Util (Kt)

Brocas 5 mm 1332 28.73Machos M 10 1332 14.00Calzos Duros - 2.0

En todos los casos se mantuvo constantelos regímenes de trabajo de las herramientas sin ycon recubrimiento.

CONCLUSIONES

Debido al bajo coeficiente de fricción queexiste entre la herramienta recuhierta y el materialque se elabora, que puede ser acero, bronce,aluminio, etc., disminuyen considerablemente lossohre-calentamientos locales en la zona de corte yen el filo de la herramienta. Esto permite laconservación del filo por más tiempo y por tantogarantiza un trabajo más duradero y estable. Laalta microdureza alcanzada en la superficie de lasherramientas garantiza un mínimo de desgaste, lo

cual permite un mayor tiempo de explotación delasherramientas. Esto fue confirmado por losresultados alcanzados, a los cuales se pudieraañadir la posibilidad de trabajar en regímenes másintensos y de mayor productividad.

BIBLIOGRAFIA

l. Azkuenaga, 1. Mejora del rendimiento de cortemediante recubrimientos de nitruro de titanio víaPVD. TEKNIKER, 1985.

2. Recubrimientos resistentes al desgaste a base denitruro de titanio obtenido mediante condensaciónde plasma iónico al vacío. Lihro InvestigacionesMetalúrgicas. CIME 1985.

3. El recubrimiento de herramientas y utillaje connitruro de titanio. Encuentros IMHE Marzo-Abril.1986. España.

4. Norma NESM 6704.006, 1986. Cuba.

5. Patente S.U. 1063149A, 1981.

6. Introducción, al análisis estadístico paraprocesos.MINED, Cuba.

Latin/cmerican Journal of Metallurgv atid Materials, Vol.l2. N° 1. 2. 1993.