El desarrollo y composición de recubrimientos para herramientas de corte.

Recientemente, se ha prestado atención a la investigación y aplicación de recubrimientos multicapa y nanocompuestos.

Rachel Israel, científica jefe y desarrolladora de recubrimientos de Vargus, con sede en el Reino Unido, analiza varias tendencias en la tecnología de recubrimientos y cómo la empresa está investigando y desarrollando recubrimientos de próxima generación para satisfacer las demandas del mercado.

Raquel Israel: La tendencia cada vez mayor en cuanto a la productividad (velocidad de mecanizado) y la calidad de los componentes mecanizados, junto con el cumplimiento de los estándares ecológicos (lubricación mínima o nula) plantea grandes exigencias a los materiales de recubrimiento (herramientas). Además de una alta dureza, se requiere una alta resistencia a la oxidación y estabilidad térmica.

Hay un gran avance con respecto a la composición química. Se ha vuelto más complicado a medida que se utilizan más de uno o dos elementos para depositar diferentes recubrimientos. Recientemente, estamos viendo recubrimientos a base de titanio-silicio [TiSi] que son cada vez más resistentes.

Existen fuertes actividades para aumentar la resistencia a la oxidación de los recubrimientos de boruro pulverizado, como el diboruro de titanio [TiB2], el diboruro de cromo [CrB2] y el diboruro de tantalio [TaB2]. Los recubrimientos de diboruro con diferentes elementos están diseñados para materiales difíciles de mecanizar, como la aleación aeroespacial TiAl6V4 y las aleaciones de aluminio.

El recubrimiento TiB2 con un conjunto optimizado de características es muy prometedor para el mecanizado de aleaciones de Ti.

Se han logrado grandes avances y los proveedores de destino pueden alear el objetivo con silicona, que contiene diferentes compuestos como siliciuro, silicio de titanio [TiSi2] y silicio de cromo [CrSi2]. Con ellos, pueden introducir la silicona en el recubrimiento de boruro depositado más cercano. El silicio aumenta drásticamente el rango de temperatura del recubrimiento; le da más estabilidad.

La reducción del desgaste y la corrosión, junto con el aumento de la estabilidad térmica de herramientas y componentes mecánicos, presenta desafíos industriales que exigen el desarrollo continuo de nuevos materiales de recubrimiento y conceptos de diseño de recubrimientos. Recientemente, se ha prestado atención a la investigación y aplicación de recubrimientos multicapa y nanocompuestos. En nuestro último desarrollo, se depositaron alternativamente capas de TiAlN y TiSiN para producir un recubrimiento nanocompuesto de TiAlSiN en nanocapas. Se depositaron recubrimientos monocapa de TiAlN y TiSiN junto con el recubrimiento de nanocapas.

Israel: Se utilizan esencialmente dos métodos para fines de recubrimiento: recubrimientos por deposición física de vapor (PVD) y recubrimientos por deposición química de vapor (CVD). Los recubrimientos CVD son la primera opción cuando se trata de resistencia al desgaste, como para operaciones generales de torneado de aceros inoxidables y al taladrar acero, donde los recubrimientos CVD gruesos brindan resistencia al desgaste por cráter. También se utilizan para grados de fresado en ISO P, ISO M e ISO K.

La selección de la herramienta de corte adecuada se basa en el material a mecanizar, la potencia disponible en la máquina, la estabilidad del dispositivo y la dinámica de la máquina, lo que conduce a la selección correcta del material de la herramienta de corte, calidades, geometrías, profundidad de corte y avances.

Israel: El objetivo principal del desarrollo de recubrimientos ha sido proteger las herramientas de corte del desgaste abrasivo y adhesivo. Sin embargo, a medida que la tecnología de recubrimiento continúa avanzando, los desarrolladores han descubierto otras características que un recubrimiento puede proporcionar, como resistencia al calor y reducción de la fricción.

Se depositaron recubrimientos monocapa de TiAlN y TiSiN junto con el recubrimiento de nanocapas.

Al desarrollar diferentes tipos de recubrimiento, debemos tener en cuenta la aplicación utilizada, el material de corte, las condiciones de trabajo y más. Como resultado, podremos aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a la oxidación, reducir la fricción, aumentar la resistencia a la fatiga del metal y aumentar la resistencia al choque térmico.

Cuando las herramientas de corte están recubiertas adecuadamente y funcionan según lo diseñado, el resultado para el usuario final son mayores datos de corte, una mayor vida útil de la herramienta y la posibilidad de mecanizado en seco.

Israel: La tecnología de recubrimientos de pulverización catódica por impulso de alta potencia (HiPIMS) es la tecnología adecuada para herramientas pequeñas como las microherramientas. El proceso HiPIMS se convierte en la clave del éxito cuando cada µm determina el éxito o el fracaso de una microherramienta que nos permite recubrir un recubrimiento ultrafino y extremadamente suave.

En la industria digital, la electrónica o la industria médica, como los implantes dentales o los implantes ortopédicos, se solicitan recubrimientos ultrafinos y extremadamente suaves.

Las herramientas utilizadas en esta aplicación tienen un espesor de unos pocos milímetros o incluso décimas de milímetro. Las bajas tolerancias de las herramientas en miniatura requieren un recubrimiento extremadamente suave para reducir tanto la fricción como la acumulación de bordes. El material de corte de estas aplicaciones son generalmente materiales duros y difíciles de mecanizar. En este caso necesitamos acortar el tiempo de contacto entre chip y herramienta. Por tanto, el aporte de calor es menor y gran parte del mismo se disipa con el chip. El desgaste por oxidación también es significativamente menor. El resultado es una larga vida útil de la herramienta.

En cuanto al espesor del recubrimiento, la tecnología HiPiMS permite alcanzar hasta 12 µm de espesor de recubrimiento y en algunas aplicaciones permite reemplazar la tecnología CVD.

Vargus, www.vargus.com