Volumen II - SAM

Las características del recubrimiento, como la dureza, el espesor, y la adherencia con el sustrato entre otras,
son determinantes para obtener resultados satisfactorios en sus aplicaciones. Se demostró que un salto
abrupto de propiedades entre los materiales de sustrato y recubrimiento y valores altos del espesor pone en
riesgo la integridad de la unión sustrato-recubrimientos. Un mayor espesor, aumenta la capacidad de carga
del recubrimiento, pero también aumentan las tensiones residuales en la interfase sustrato-película, que
sumadas a la acción externa de pequeñas tensiones de corte pueden producir desprendimientos o roturas del
recubrimiento. Por tanto, habrá una relación espesor-adherencia óptima para cada dupla de material sustratorecubrimiento
[8].
En este trabajo se estudian las características de recubrimientos de TiN y CrN por PVD realizados a distintas
temperaturas de proceso sobre FE con distinto conteo nodular, austemperadas a 360 ºC. Se determinan los
efectos de las condiciones del proceso PVD sobre las propiedades del sustrato de ADI (microestructura,
macro y microdureza) y de los recubrimientos (dureza, espesor y adherencia).
2 - PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1. Material
Se empleó una FE producida en un horno de inducción de media frecuencia de 55 Kg de capacidad,
siguiendo las prácticas convencionales de fusión, nodulización e inoculación. La colada se efectuó en dos
moldes de arena para obtener conteos nodulares significativamente diferentes entre sí. Se obtuvieron placas
de 4 mm y bloques “Y” (ASTM A395) de 1 pulgada.
La composición química, determinada por espectroscopía de emisión óptica con excitación por chispa,
resultó: C: 3,26; Si: 2,85; Mn: 0,22; Cu: 0,65; Ni: 0,6; S: 0,016; P: 0,034; Mg: 0,042; CE: 4,22 (% en peso).
Mediante procesamiento digital de imágenes se determinó el conteo nodular, resultando en promedio de
1200 nod/mm 2 y 265 nód/mm 2 , para las placas de 4 mm y los bloques Y respectivamente.
2.2. Preparación de las probetas
Las probetas, de dimensiones 30 x 30 x 4 mm, se obtuvieron a partir de las placas y bloque Y, mediante
aserrado y limado mecánico.
El tratamiento de austemperado se realizó en hornos eléctricos. Se efectuó un austenizado a 900 ºC por un
lapso de 60 minutos y luego un mantenimiento isotérmico en baño de sales a 360 ºC durante 45 minutos.
Finalmente, sobre las probetas tratadas se efectuó un pulido manual con lija al agua de granulometría 1000.
2.3. Proceso de recubrimiento PVD
Los recubrimientos de TiN y CrN fueron realizados por la técnica PVD de plateado iónico con arco catódico,
en dos plantas industriales, empleando distintas juegos de parámetros de proceso (I, II, III), que se listan en
la Tabla 1. Los parámetros de II y III son de aplicación más general en la industria para piezas de aceros
aleados con y sin tratamiento térmico. Los parámetros del proceso I se fijaron especialmente para este
estudio. La fase final de limpieza de los sustratos se efectúa por bombardeo iónico dentro del reactor, en
todos los procesos.
Proceso
PVD
I
II (**)
III (**)
Condición previa
del sustrato
Tabla 1 - Parámetros de los procesos PVD
Recubrimiento Temperatura
Tiempo Tensión
de Bias
Corriente
de arco
Presión
cámara
Pulido manual fino/
bombardeo iónico de Ti
TiN 300 ºC 120 min -250 V 65 A 10-2 mbar
Pulido manual fino/
bombardeo iónico de Ar
Pulido manual fino/
bombardeo iónico de Ar
TiN
CrN
400 ºC
350 ºC
60 min
90 min
-100 V 60 A (*)
(*) La empresa proveedora no suministró la información.
(**) La empresa proveedora del servicio sostiene que los sustratos sufren sobrecalentamiento del orden de 50
ºC durante los procesos II y III respecto a los datos informados en la Tabla 1. En cambio, la temperatura de
300 ºC del proceso I aseguran que fue rigurosamente controlada.
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