Tratamientos superficiales de aceros y fundiciones de hierro empleando recubrimientos en base titanio para mejorar propiedades tribológicas - Quintana, Juan Pablo (2023)
Un gran número de investigaciones basadas en tratamientos superficiales están siendo desarrolladas en el mundo buscando mejorar la respuesta tribológica y mecánica de los aceros para aumentar su eficiencia y extender su vida útil, especialmente para materiales expuestos a ambientes agresivos y con condiciones de trabajo extremas. Tecnologías de plasma destinadas a estos tratamientos de superficies se han desarrollado en las últimas dos décadas, pero sus aplicaciones distan mucho de estar optimizadas. El objetivo del presente trabajo es el desarrollo y optimización de tratamientos de superficies empleando la combinación de un proceso de nitruración por plasma con el posterior recubrimiento de la superficie mediante deposición por arco catódico. Se investigó la aplicación de estos tratamientos sobre sustratos de aceros y fundiciones de hierro para mejorar sus propiedades tribológicas y la resistencia a la corrosión. Como sustratos se emplearon muestras de AISI 4140, AISI 316L y fundición de hierro austemperada. La superficie base de los aceros se endureció mediante nitruración iónica para lograr un gradiente de dureza al depositar el recubrimiento. Los recubrimientos investigados fueron TiN, TiCN, TiC y TiAlN, empleando un arco catódico experimental. Se caracterizó la morfología, la estructura, las propiedades mecánicas y tribológicas (dureza, coeficiente de fricción y resistencia al desgaste) y la resistencia a la corrosión de los distintos recubrimientos. Los resultados mostraron que la incorporación de la nitruración en la superficie trajo problemas de adhesión en todos los aceros, haciendo necesario un protocolo especial de limpieza in situ para la preparación de la superficie previo al recubrimiento. El estudio de la estructura de los films con contenido de carbono reveló que una fracción de este elemento se integró a la red cristalina, mientras que el exceso formó una matriz de carbono amorfo. En el caso de los recubrimientos de TiAlN, la proporción de aluminio en la composición dependió fuertemente de las condiciones empleadas para polarizar el sustrato durante la deposición. Todos los recubrimientos lograron aumentar la resistencia a la corrosión; la mayoría de ellos mostraron también una mejora en las propiedades mecánicas de la superficie. En particular, los films con carbono incorporado presentaron los coeficientes de fricción más bajos y la mejor respuesta al desgaste por deslizamiento.