Evaluación de la resistencia al desgaste en recubrimientos de Carburos de Niobio NbC, Carburos de Vanadio VC y Carburos ternarios de Niobio y Vanadio NbVC, producidos mediante la técnica de Deposición Difusión Termo-Reactiva (TRD)

Abstract

Resumen: Con el objetivo de mejorar las propiedades tribológicas de los aceros AISI H13 y AISI D2, en este trabajo se fabricaron recubrimientos de NbC, de VC y de carburos complejos Nb-V sobre estos dos tipos de acero utilizando el proceso de difusión termo-reactiva (TRD, thermo-reactive diffusion). Los recubrimientos fueron producidos utilizando tres niveles de temperatura (900, 950 y 1000 °C) y tres tiempos de tratamiento (1.5, 2.5 y 3.5 horas). Para determinar las fases presentes en todos los recubrimientos se realizó difracción de rayos X (DRX, X-ray diffraction). La identificación química y estructural se complementó realizando espectroscopia Raman. Para determinar el espesor y la homogeneidad de los recubrimientos se utilizó microscopía electrónica de barrido (SEM, scanning electron microscopy). Se hicieron ensayos de nano-dureza para determinar la dureza en las capas más superficiales de las probetas tratadas y se realizaron ensayos de rayado (scratch test) para determinar la resistencia de adherencia de las capas depositadas. También se realizaron ensayos de desgaste (Pin-on-Disk) para evaluar la resistencia al desgaste y el coeficiente de fricción de los recubrimientos. Los recubrimientos de NbC se produjeron con 6,2 μm de espesor sobre el acero H13 y con 15,6 μm de espesor sobre el acero AISI D2. Los recubrimientos de VC se produjeron con espesor de 7,8 μm sobre el acero H13 y con espesor de 14,2 μm sobre el acero AISI D2. Las durezas de las capas de NbC y VC se situaron en la franja de 22 a 25 GPa. En general los recubrimientos exhibieron una elevada adherencia y resistencia al desgaste muy superior a la de los sustratos destacándose especialmente el recubrimiento de VC. Con durezas de 28 GPa y un buen comportamiento al desgaste con coeficientes de fricción muy por debajo de los valores de referencia de los aceros sin recubrir y los carburos binarios compuestos por Niobio y Vanadio.

Abstract. In order to improve the tribological properties of steels AISI H13 and AISI D2, in this work were fabricated coatings NbC, VC and complex carbides and Nb-V on the two types of steel using the thermal diffusion process reactive (TRD, thermo-reactive diffusion). The coatings were produced using three temperature levels (900, 950 and 1000 ° C) and three times of treatment (1.5, 2.5 and 3.5 hours). To determine the phases present in all coatings was carried ray diffraction (XRD, X-ray diffraction). The chemical and structural identification was complemented by performing Raman spectroscopy. To determine the thickness and homogeneity of the coatings was used scanning electron microscopy (SEM, scanning electron microscopy). Tests were made of nano-hardness to determine the hardness in the surface layers of the specimens treated and scratch tests were performed (scratch test) to determine the adhesive strength of the deposited layers. Also were performed wear tests (Pin-on-Disk) to evaluate the resistance to wear and friction coefficient of the coating NbC coatings were produced with 6.2 microns thick on steel H13 and 15.6 microns thick on steel AISI D2. VC coatings were produced with thickness of 7.8 microns on steel H13 and 14.2 microns thick on steel AISI D2. The hardness of the layers of NbC and VC were at the range of 22-25 GPa. In general the coatings exhibited high adherence and wear resistance superior compared with the substrates specialy VC coating. With hardness of 28 GPa and good wear behavior with the friction coefficient much lower than the reference Values of uncoated steels and binary carbides composed by Niobium and Vanadium.