Elaboración y caracterización de recubrimientos de carburo de vanadio (VC) depositado mediante Magnetrón Sputtering RF para herramientas de corte

Abstract

Dentro de la necesidad de la industria de mejorar los procesos de producción y alargar la vida útil de las herramientas, se crea el interés de analizar el comportamiento tribológico y mecánico de los recubrimientos sobre piezas de acero en su aplicación como piezas ó herramientas de corte. Para esto se ha hecho necesario realizar un estudio de ensayo – error sobre diferentes materiales base y diversos recubrimientos. Hasta ahora se conoce que las características del recubrimiento no son las únicas que es necesario evaluar en el proceso de obtención de un recubrimiento que alargue la vida útil de las herramientas, sino que es necesario conocer la relación entre el recubrimiento y el sustrato en el proceso de crecimiento para obtener los datos más cercanos al comportamiento de los recubrimientos sobre materiales bases específicos que garanticen un margen de desempeño determinado. Con el fin de estudiar el comportamiento mecánico y tribológico del sistema sustrato – recubrimiento duro, se escogió la mezcla de gases argón - metano y el acero M2 AISI, obteniendo películas delgadas de carburo de vanadio crecidas mediante la técnica de Magnetrón Sputtering RF para evaluar sus características y la compatibilidad en su aplicación específica de recubrimiento duro para herramientas de corte. Se crecieron películas delgadas de carburo de vanadio sobre sustratos de aceros M2 usando Magnetrón Sputtering reactivo RF y un blanco de vanadio de 2 pulgadas de diámetro (99.99% de pureza). El flujo de metano CH4 se varió desde 0.5 a 3.0 sccm en la mezcla de Ar/CH4. El análisis por difracción de rayos X muestra que las películas son predominantemente cristalinas y exhiben dos fases del sistema binario VC, las películas muestran una orientación cristalográfica predominante en los picos (200) y (111) debido a la estructura tipo NaCl de la fase VC subestequiométrica, mostrando que la intensidad de los picos aumenta con la concentración de metano. La morfología de las superficies de las capas fue analizada por AFM, mostrando un tamaño de grano que disminuye con el incremento de flujo de metano desde 0.55 μm para concentraciones de 0,5 sccm de metano hasta 0.1 μm para concentraciones de 3 sccm de metano. Las propiedades tribológicas tales como coeficiente de fricción y adhesión fueron estudiadas usando las técnicas de pin on disk y scratch test donde se muestra que el coeficiente de fricción disminuye desde 0.8 a 0.3 y la carga critica varía desde de 30N a 50N al aumentar la concentración de metano. La dureza de las películas medidas por medio de nanoindentación fue entre 8 y 20 GPa.