Recubrimientos para un mejor desempeño en piezas metálicas

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Existen técnicas de recubrimiento que tienen la finalidad de mejorar las propiedades de los metales y les brindan un desempeño superior frente a la fricción, las altas temperaturas y el desgaste. Estos recubrimientos pueden llegar a tener un espesor de pocas micras.

Los recubrimientos PVD (Physical Vapour Deposition) son muy delgados, pero más duros que el acero. Son recubrimientos metálicos con niveles de uso cada vez mayores gracias a las diversas aplicaciones que tienen en la industria.

El continuo rozamiento entre componentes metálicos y herramientas en los procesos de mecanizado, transmisión de movimiento, sistemas de engranajes y rodamientos, entre otros, causa que las superficies en contacto sufran desgaste y se deterioren.

Los recubrimientos en forma de capas o películas delgadas funcionan para proteger las piezas contra los efectos tribológicos en piezas mecánicas. En este texto hablaremos del recubrimiento PVD.

El recubrimiento por deposición física en fase vapor, PVD, por sus siglas en inglés (Physical Vapour Depositation) tiene fuerte presencia en la industria, y es posible que llegue a sustituir a algunos métodos tradicionales como la inmersión en caliente.

El espesor de este tipo de recubrimientos es de entre 0.5 y 4 micras, en comparación con la inmersión en caliente que crea recubrimientos entre 0.04 y 0.09 mm. Es importante mencionar que después de aplicar el recubrimiento PVD no se necesitan acabados como laminación o electro pulido.

Lo que se busca con esta técnica es mejorar el rendimiento y acabado superficial de los metales y disminuir los costos de mantenimiento asociado al desgaste.

Los recubrimientos PVD son de baja fricción y muy resistentes al desgaste, además son químicamente inertes.

El proceso PVD consiste en la formación de un vapor del material a depositar para que se condense sobre la superficie del sustrato y forme una o varias capas protectoras muy delgadas. Este proceso se lleva a cabo en una atmósfera controlada de alto vacío (aproximadamente 10-5 mbar) para evitar la interacción de la sustancia en estado gaseoso con el aire y evitar la absorción de gases contaminantes de la atmósfera. El proceso se lleva a cabo a temperaturas de entre 150 a 500°C dependiendo de las características que se requieran para el recubrimiento.

El procedimiento se realiza en cámaras donde se coloca la pieza a recubrir y se añaden compuestos químicos metálicos con alto grado de pureza como titanio, aluminio y cromo; estos metales se convertirán en vapor. Al mismo tiempo se inyecta un gas de reacción, generalmente nitrógeno, el cual forma un compuesto con el vapor metálico (nitruros) que se condensa sobre la superficie del material a recubrir y genera una capa delgada totalmente adherida. Las piezas giran alrededor de varios ejes para obtener un recubrimiento uniforme.

En pocas palabras, la técnica consiste en evaporar un metal o aleación por medios físicos para que forme un nuevo compuesto y sea este el que se deposite sobre la pieza a recubrir.

Es importante mencionar que un recubrimiento muy común es el nitruro de titanio (TIN). Existen componentes de máquinas y elementos mecánicos que están sujetos a fricción, y en ellos, la aplicación de este compuesto contribuye a reducir esfuerzos en las piezas de corte y proveer resistencia, ya que tiene elevadas características de tolerancia a la temperatura y estabilidad química. Sin embargo, existen otros recubrimientos como el de nitruro de cromo (CRN) o el nitruro de titanio aluminio (ALTIN). En la Figura 1 se pueden comparar algunos recubrimientos PVD.

Con esta tecnología se pueden recubrir diversos tipos de aceros de alta y baja aleación y metales duros, también materiales metálicos no ferrosos y cerámicos.

Las principales aplicaciones de los recubrimientos PVD son: recubrimiento de componentes de motores para vehículos y autopartes; protección de herramientas de corte, troqueles y moldes; biomateriales e implantes médicos; herramientas para minería y piezas de uso aeroespacial.

Utilizar recubrimientos beneficia a los procesos de manufactura porque prolongan la vida útil de las herramientas, aumentan los niveles de producción, reduce los esfuerzos de corte, evita agarrotamientos y reduce tiempos muertos por cambio de herramientas. Un beneficio especial es el rendimiento durante el rodaje en seco.

La superficie de las herramientas o piezas a recubrir es clave, pues influye en el rendimiento del recubrimiento. Para tener una buena adherencia, la pieza sobre la que se depositará el recubrimiento debe encontrarse pulida y bien limpia.

Es importante mencionar el recubrimiento que contiene cada material le proporciona un color específico.


Figura 1. Algunos recubrimientos PVD
Fuente: Elaboración propia con información de Trateriber.es

Los recubrimientos PVD reducen la fricción o rozamiento, el desgaste y la corrosión. Las piezas recubiertas mediante esta técnica mejoran la productividad y calidad, ya que tienen una vida útil más prolongada y con ello promueven el ahorro económico e incluso, el cuidado al ambiente.

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