REVESTIMIENTOS MULTICAPAS DE ALTA DUREZA: SOLUCIONES PARA LA ELIMINACIÓN DE LUBRICANTES EN PROCESOS DE CORTE "El uso de estos revestimientos duros puede llevar a la reducción de costos en los procesos de corte por dos caminos: aumento de la velocidad de corte y de la productividad y minimización del uso de lubricantes durante el corte." Revestimientos duros basados en películas finas, tales como las de nitrato de titanio (TIN), carbonato de titanio (TIC) y carbonitrato de titanio (TICN), depositados en herramientas de corte por medio de una serie de técnicas, han sido usados en todo el mundo hace más de 30 años con el objetivo de aumentar la vida útil de estas piezas. La deposición de estas películas finas genera una capa de dureza superior a la de la herramienta, cuyo valor puede estar entre 15-25 GPA. La técnica más utilizada en la industria para deposición de estas capas es la deposición física a partir del vapor, asistida o no por plasma, que evita la generación de residuos químicos y reduce las temperaturas de deposición. El uso de estos revestimientos duros puede conducir a una reducción de costos en los procesos de corte por dos caminos: 1. El aumento de la velocidad de corte (y de la productividad) y 2. La minimización del uso de lubricantes durante el corte, ya que el reciclaje y el descarte ecológicamente correctos de estos materiales pueden representar hasta 30% del costo total de producción. De hecho, al aumentar considerablemente la vida útil y la resistencia al desgaste de las herramientas de corte, las películas finas de alta dureza permiten que estas trabajen a velocidades superiores sin sufrir fallas. En cuanto a la minimización o eliminación del uso de fluidos de corte, ella además constituye un desafío tecnológico, puesto que la temperatura de las herramientas durante el corte en el usinado en seco, por ejemplo, puede llegar a los 800ºc. No obstante, revestimientos como el TIN comienzan a oxidarse en el aire a temperaturas de 500ºc, haciendo que la formación de óxidos en su superficie degrade rápidamente el revestimiento cuando no se utilizan fluidos de corte. De esta manera, para evitar los lubri-refrigerantes, el revestimiento a ser utilizado debe tener, además de una alta dureza, una alta resistencia a la oxidación. Para vencer este y otros desafíos, la nanotecnología ofrece soluciones inéditas, simples y capaces de crear una revolución de materiales en la ingeniería de superficies. revestimientos protectores compuestos por multicapas nanométricas alternadas de dos materiales distintos dan origen a superficies con una súper dureza y con propiedades mecánicas y tribológicas superiores. En este contexto, ya fueron observados revestimientos basados en multicapas nanométricas con durezas superiores a la del diamante (más de 100 GPa), obtenidos al alternarse capas nanométricas de dos materiales distintos que tienen diferentes módulos de corte, tales como TIN y Si3n4 (nitrato de silicio). Otras propiedades observadas en revestimientos multicapas de este tipo son una mayor resistencia al desgaste y, en muchos casos, un aumento de la resistencia a la oxidación, incluso a temperaturas tan altas como 1.000ºc, lo que sugiere que este material puede ser usado en herramientas de corte sin el uso de lubri-refrigerantes. Un ejemplo de este material es exhibido en las figuras al lado, en una imagen de microscopia electrónica de transmisión (Met) de alta resolución, donde tenemos un revestimiento compuesto por multicapas nanoestructuradas de TIN (capas más oscuras) y Si3n4 (capas más claras). En las imágenes se observa la alternancia de las capas y su espesor típico, de aproximadamente 4 NN cada uno. Esta multicapa fue producida por miembros del instituto nacional de ingeniería de superficies, utilizando aquí la técnica de deposición a partir del vapor físico, también conocida como sputtering. El principal objetivo de esta línea de investigación del instituto es la obtención de capas de elevada dureza (> 40 GPa) y de alta estabilidad térmica. Con ello se estima que es posible la eliminación de los fluidos refrigerantes en procesos de corte, reduciendo, además de los costos, el impacto ambiental de estos procesos. Figura 1 – Figura 1: Imágenes de MET de una multicapa de Si3N4/TiN con aumento de 300.000 (arriba) y 600.000 (abajo) veces. << Boletin Acabados Superficiales - Edición de noviembre 2012 Prof. Gabriel Vieira Soares Investigador del Instituto Nacional de Ingeniería de Superficies - Sección UFRGS; Doctor en microelectrónica, subárea superficies e interfaces sólidas, de la UFRGS (2008), donde también realizó el bachillerato en Física; Profesor adjunto de la UFRGS; Autor de 37 artículos publicados en revistas internacionales indexadas, que cuentan con más de 300 citas en la comunidad científica; Desarrolla investigación en los temas de: multicapas nanométricas de nitratos metálicos para aplicaciones tribológicas, grafeno como semiconductor alternativo para la nueva generación de dispositivos nanoelectrónicos y modificación de superficies por plasma para aplicaciones biomédicas.