Recubrimientos Duros

ID42A

Alumnos: Franco Cicoria David Plaza E. Cristóbal Ugarte.

Inroducción

Superficies

Región mas sensible a agreciones del entorno- Desgaste- Fricción- Corroción- Oxidación

Superficie fotografiada con HREM

Desgaste

Abrasivo

Adhesivo:

Desgaste Adhesivo

Modificación Superficial

Las soluciones de la ingeniería avanzada de superficies pasa por modificar la composición y estructura superficial de los materiales tratados ya sea por medio de un recubrimiento o mediante la intoducción de nuevos elementos dentro de la superficie.

Bombardeo Ionico

Proceso de Ionización

Superficies ImplantadasLa implantación iónica produce cambios de composición y estructura que tienen como consecuencia aumento de la resistencia al desgaste adhesivo, desgaste abrasivo no muy severo, fricción y corrosión.

Aplicaciones de Implantación Iónica

- Moldes de inyección de plástico: aumento de la vida de hasta 4 veces mediante la implantación de cromo.

- Utiles para la fabricación de envases metálicos: Aumento de hasta 5 veces mediante la implantación de nitrógeno en troqueles, pinzones y matrices.

- Protesis de cadera o rodilla: Aumenta la vida de mas de 10 veces en prótesis de aleación Ti6A14V.

Ventajas- - Aumeta la vida útil de 5 a 10 veces, según la

aplicación.- - No produce cambio alguno en el acabado superficial (

respeta los pulidos o texturas iniciales)- - Baja temperatura,150°C, no produce deformaciones,

revenidos, etc.- - Extremadamente controlable- - Puede limitarse selectivamente- - Muy versatil- - Medioambientalmente limpio

RecubrimientosTécnicas clásicas de recubrimientos ( cromado, anodizado, dorado, etc.Tecnológias de vacío han permitido en las 2 últimas décadas desarrollo de procesos avanzados obteniendo:

- Capas muy finas de espesor perfectamente controlado.

Variadísima composición de recubrimientos desde metales y aleaciones hasta cerámicas.

Optimización de las propiedades deseadas ( adherencia, dureza, inercia química, parámetros ópticos, elécticos y magnéticos

Recubimientos PVD (Deposición Física de Vapor)

Tecnicas de PVD más empleadas son: - Técnicas de evaporación. - Técnicas sputtering.

Esquema de PVD mediante evaporación por haz de electrones

PVD mediante sputtering por bombardeo de iones de gas inerte.

Comparación métodos PVD

Sputtering:Proceso más limpio.Más controlableNo es necesario altas temperaturas.

EvaporaciónProceso más rápido.

Aplicaciones para la industriaUtilizan recubrimientos para herramientas, moldes, etc.Mayoría de los casos se tratan de capas delgadas por evaporación (1-2 m)El 90% del mercado actual utiliza Nitruro de TitanioNitruro de Cromo ideal para problemas de desgaste / corrosiónLas durezas oscilan entre 1800-3300 Hv

Recubimientos CDV ( Deposición química del vapor)

Cl4Ti + 2H2 --- > 4CIH + Ti

Ventajas

Capas gruesas y bien adheridas tanto en metales como compuestos cerámicos.

Capas muy homogéneas que se adaptan con gran perfección a la superficie recubierta.

Desventajas:

Las altas temperaturas acotan el la cantidad de materiales que se usan.

Complejidad del proceso.

Aplicaciones:

Materiales para la Industria microelectrónica

Herramientas que deban soportar desgastes extremos

Plasma CVD Rompen las moléculas de los gases por medio

de descargas eléctricas para facilitar la reacción, en vez de las elevadas temperaturas.

Plasma caliente y frío:Plasma caliente se producuce por arcos eléctricos.

Plasma frío se produce por:

Sustrato puesto a tensión

Radiofrecuencia (13,5MHz)

Filamiento caliente cerca de la superficie del sustrato

Micro-ondas (-2,5 GHz)

Sintetización de DiamanteMétodo común :Calentando grafito a T> 1600 °C y altísimas presiones (p> 50000 atm)

Método por Plasma:Baja presiones ( > 1 mbar) y temperaturas menores que el método común (800°C)

Capa de Diamante Reactor con:

Hidrógeno (H2) + Compuesto gaseoso de carbono (ej:metano)

Baja presión (> 1 mbar) y T° de 800°C

Alternativas al DiamanteMateriales metaestables:

Nitruros de Boro –cúbico (c-BN) para recubrimientosde aceros y otros materiales que disuelven el carbono del diamante.

Carburo de Nitrógeno (B- C3N4). En teoría debería ser más

duro que el diamante.

Carbono tipo diamante (DLC). En electrónica y recubrimiento de prótesis médicas, moldes y herramientas.