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Articulo de referencia

nitruro de titanio y aluminio

Fresas recubiertas con nitruro de titanio y aluminio (AlTiN) mediante la técnica de deposición por arco catódico. El nitruro de titanio y aluminio ( TiAlN ) o nitruro de alumini...

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Fresas recubiertas con nitruro de titanio y aluminio (AlTiN) mediante la técnica de deposición por arco catódico.

El nitruro de titanio y aluminio ( TiAlN ) o nitruro de aluminio y titanio ( AlTiN ; para contenidos de aluminio superiores al 50 %) es un grupo de recubrimientos duros metaestables compuestos de nitrógeno y los elementos metálicos aluminio y titanio . Este compuesto, así como otros similares (como TiN y TiCN ), se utilizan principalmente para recubrir herramientas de máquinas, como fresas y brocas, con el fin de modificar sus propiedades, como aumentar su estabilidad térmica y/o resistencia al desgaste. Cuatro composiciones importantes (con un contenido metálico del 100 % en peso) se depositan a escala industrial mediante métodos de deposición física de vapor :

  • Ti50Al50N (introducido industrialmente por la empresa CemeCoat (ahora CemeCon) Aachen, RFA, grupo T. Leydecker ca. 1989) [ 1 ]
  • Al55Ti45N (introducido industrialmente por la empresa Metaplas Ionon (ahora Oerlikon), Bergisch Gladbach, RFA, grupo J. Vetter ca. 1999)
  • Al60Ti40N (introducido industrialmente por la empresa Kobe Steel, Kobe, Japón, alrededor de 1992)
  • Al66Ti34N (introducido industrialmente por la empresa Metaplas (ahora Oerlikon) grupo J. Vetter ca. 1996). [ 2 ]

Se considera que las razones fundamentales por las que los recubrimientos de TiAlN superan a los recubrimientos de nitruro de titanio (TiN) puro son:

  • Mayor resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas debido a la formación de una capa protectora de óxido de aluminio en la superficie.
  • Mayor dureza en las películas recién depositadas debido a cambios en la microestructura y al endurecimiento por solución sólida.
  • Endurecimiento por envejecimiento de los recubrimientos a temperaturas típicas de funcionamiento de las herramientas de corte debido a la descomposición espinodal de TiAlN en TiN y AlN cúbico [ 3 ].

Se ha demostrado que el fenómeno de endurecimiento por envejecimiento se origina en un desajuste en la estructura electrónica cuántica del TiN y el AlN. [ 4 ] [ 5 ]

Los recubrimientos se depositan principalmente mediante deposición por arco catódico o pulverización catódica con magnetrón . Si bien la mayoría de los recubrimientos de TiAlN y AlTiN se sintetizan industrialmente utilizando blancos de aleación con porcentajes específicos de aluminio y titanio, es posible producir recubrimientos de TiAlN con blancos de Al y Ti puros mediante la técnica de deposición por arco catódico. NanoShield PVD Thailand produce industrialmente recubrimientos de TiAlN y AlTiN a partir de blancos de Al y Ti puros mediante deposición por arco catódico desde 1999. El uso de tecnología de blancos separados permite una mayor flexibilidad en cuanto a la estructura y composición del recubrimiento.

Las propiedades seleccionadas del Al66Ti34N son:

  • Dureza Vickers de 2600 a 3300 HV.
  • Estabilidad de fase aprox. 850  °C, inicio de la descomposición a AlN+TiN.
  • La oxidación intensa comienza alrededor de los 800  °C (aproximadamente 300  °C más que en el caso del TiN).
  • Menor conductividad eléctrica y térmica que el TiN
  • Espesor típico del recubrimiento aprox. (1 a 7) μm

Un tipo de recubrimiento comercial utilizado para mejorar la resistencia al desgaste de las herramientas de carburo de tungsteno es el AlTiN-Saturn de Sulzer Metaplas. [ 6 ]

En ocasiones, los recubrimientos se dopan con al menos uno de los elementos carbono , silicio , boro , oxígeno e itrio para mejorar propiedades específicas en determinadas aplicaciones. Estos recubrimientos también se utilizan para crear sistemas multicapa. Por ejemplo, pueden combinarse con TiSiXN, como los empleados en la familia de recubrimientos Mpower de Sulzer Metaplas. Los tipos de recubrimiento mencionados se aplican para proteger herramientas, incluidas herramientas especiales para aplicaciones médicas. Asimismo, se utilizan como acabados decorativos.

Una variante de la tecnología de recubrimiento de TiAlN es el nanocompuesto TiAlSiN (nitruro de titanio, aluminio y silicio), desarrollado por SHM en la República Checa y comercializado actualmente por Platit de Suiza. El recubrimiento de nanocompuesto TiAlSiN presenta una dureza excepcional y una excelente trabajabilidad a altas temperaturas.

Referencias

  1. ↑ Leyendecker, T; Lemmer, O; Esser, S; Ebberink, J (1991). "El desarrollo del recubrimiento PVD TiAlN como recubrimiento comercial para herramientas de corte". Surface and Coatings Technology . 48 (2): 175– 178. doi : 10.1016/0257-8972(91)90142-J .
  2. ↑ Vetter, J (1995). "Recubrimientos de arco al vacío para herramientas: potencial y aplicación". Surface and Coatings Technology . 76–77 : 719–724 . doi : 10.1016/0257-8972(95)02499-9 .
  3. ^ Mayrhofer, Paul H.; Hörling, Anders; Karlsson, Lennart; Sjölén, Jacob; Larsson, Tommy; Mitterer, cristiano; Hultman, Lars (2003). "Nanoestructuras autoorganizadas en el sistema Ti – Al – N". Letras de Física Aplicada . 83 (10): 2049–2051 . Bibcode : 2003ApPhL..83.2049M . doi : 10.1063/1.1608464 .
  4. ↑ Alling, B.; Ruban, A.; Karimi, A.; Peil, O.; Simak, S.; Hultman, L.; Abrikosov, I. (2007). "Termodinámica de la mezcla y descomposición de c-Ti1−xAlxN a partir de cálculos de primeros principios" . Physical Review B. 75 ( 4) 045123. Bibcode : 2007PhRvB..75d5123A . doi : 10.1103/PhysRevB.75.045123 .
  5. ↑ Music, D.; Geyer, RW; Schneider, JM (2016). "Avances recientes y nuevas direcciones en el diseño de recubrimientos duros basado en la teoría funcional de la densidad". Surface & Coatings Technology . 286 : 178–190 . doi : 10.1016/j.surfcoat.2015.12.021 .
  6. ↑ Recubrimiento PVD de alto rendimiento
  • Recubrimientos nanocompuestos de AlTiNCO depositados mediante evaporación por arco catódico reactivo.