Mecanismos de desgaste en herramientas de conformado con recubrimientos de TiAlN por medio de sistemas PAPVD

Abstract

Los recubrimientos duros han sido ampliamente utilizados en la industria metalmecánica para la protección de las superficies de las herramientas debido a las propiedades de las capas como baja fricción y alta resistencia al desgaste, siendo estos tratamientos superficiales adecuados para disminuir los costos en la industria. De acuerdo a esto, esta investigación se enfoca en el análisis tribológico de los recubrimientos de nitruro de titanio aluminio (TiAlN) depositados por la técnica Magnetrón Sputtering Tríodo, cuando se utilizan como capa protectora en las herramientas de conformado, en especial en los punzones utilizados en la industria. El análisis se realiza a partir de las propiedades microestructurales, superficiales y mecánicas que influyen directamente en el comportamiento tribológico. Para este propósito este trabajo se divide en dos etapa: la primer etapa se enfoca a la producción, caracterización y evaluación de las propiedades estructurales, mecánicas y tribológicas de las capas variando el voltaje de polarización en -40, -70, -100 y -150 V, donde se determinó que el mejor comportamiento se obtuvo en la muestra crecida a -40 V. La segunda etapa es el estudio de los mecanismos de desgaste de las herramientas; con base a la muestra crecida a -40V se recubrieron los punzones (herramientas para conformación de metales) donde se observó que los mecanismos de desgaste predominantes en la superficie son la delaminación y la tribo-oxidación; se determinó un incremento en la vida útil de la herramienta en un 400% siendo los recubrimientos duros una excelente alternativa en la industria metalmecánica./Abstract. Hard coatings have been widely used in the metalworking industry for protecting the surfaces of the tools due to the layer properties such as low friction and high wear resistance, and these surface treatments appropriate to reduce costs in the industry. Accordingly, this research focuses on the analysis of tribological coatings of titanium aluminum nitride (TiAlN) deposited by magnetron sputtering technique Triode, when used as a protective layer forming on the tools, especially in the cores used in the industry. The analysis is based on the microstructural properties, and mechanical surface directly influence the tribological behavior. For this purpose this paper is divided into two stages: the first stage focuses on the production, characterization and evaluation of structural, mechanical and tribological properties of the layers by varying the bias voltage at -40, -70, - 100 and - 150 V, which determined that the best performance was obtained in the sample grown at -40 V. The second step is to study the wear mechanisms of tools, based on the sample grown at-40V punches were coated (metal shaping tools) where it was observed that the wear mechanisms are predominant in the delamination area and tribo-oxidation was determined an increase in tool life by 400% hard coatings being an excellent alternative in the metalworking industry.