En la actualidad, alrededor del 95% de los filos de corte de herramientas de metal duro están recubiertos. El aumento de la dureza de la superficie aumenta la resistencia al desgaste de la herramienta, la reducción de la fricción durante la evacuación de la viruta debido a las superficies ultra lisas, reduce la tendencia a la soldadura y al filo recrecido de los filos de corte, y el efecto aislante de la capa, aumenta la resistencia en caliente. El resultado es que se pueden lograr vidas útiles considerablemente más largas.
Básicamente se utilizan dos proceso para el recubrimieto: el recubrimiento PVD (Physical Vapour Deposition) y el recubrimiento CVD (Chemical Vapour Deposition).
La deposición química en fase de vapor (Chemical Vapor Deposition = CVD), es un método para realizar recubrimientos de bajo estrés residual mediante reacciones químicas inducidas térmicamente.
Las materias primas para el recubrimiento, se evaporan y se aportan a la zona de recubrimiento en estado gaseoso. A continuación, el gas se descompone o reacciona con otros materiales de partida y luego se deposita como una capa delgada sobre el sustrato. Esto se puede realizar al vacío o a baja presión atmosférica.
Se requieren temperaturas del sustrato de hasta 1.000º centígrados para permitir las reacciones de la superficie. Estos procesos pueden estar ayudados por un plasma que aumenta la velocidad de reacción, por lo que se puede reducir la temperatura del recubrimiento.
El proceso CVD se utiliza para depositar recubrimientos con un espesor de 5 a 12 µm, en algunos casos hasta 20 µm. Los materiales utilizados son TiC, TiCN, TiN y óxido de aluminio (Al203). Los recubrimientos se pueden aplicar como capa única o múltiples.
El recubrimiento de diamante es una forma especial de recubrimiento CVD: Para ello, el gas de hidrógeno introducido se divide en radicales de hidrógeno ya sea por altas temperaturas (2.000º centígrados) o por igniciones de plasma. Estos radicales reaccionan entonces junto con el gas que contiene carbono (generalmente CH4), que también es introducido, dando lugar a la acumulación de carbono en la superficie del sustrato. Si se cumplen los parámetros de proceso correctos, este carbono se deposita en forma cristalina del diamante. Los recubrimientos de diamante son muy adecuados para mecanizar materiales altamente abrasivos como grafito o componentes de CFRP.
Los recubrimientos CVD son la primera opción cuando la resistencia al desgaste es importante, como en las operaciones generales de torneado en aceros inoxidables y taladrado en acero, donde los gruesos recubrimientos CVD proporcionan resistencia al desgaste por craterización. Lo mismo ocurre con las calidades de fresado ISO P, ISO M e ISO K. En el taladrado, las calidades CVD se utilizan normalmente en el filo de corte exterior.
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A diferencia de los procesos de CVD, los procesos de PVD se basan en procesos puramente físicos. Se trata de un vapor de material que se condensa en la superficie del sustrato. Para asegurar que las partículas de vapor lleguen a los componentes y no se pierdan por dispersión en las partículas de gas, el proceso se lleva a cabo bajo presión negativa. Debido a que el proceso de recubrimiento PVD tiene lugar a temperaturas más bajas; de 400 a 600º centígrados, las propiedades del material de corte base se ven menos afectadas que con el proceso CVD. Por lo tanto, la tenacidad de los metales duros de grano fino se mantiene en gran medida.
Hay cuatro tipos principales de recubrimientos PVD: Evaporación, pulverización catódica (sputtering), evaporación por arco y recubrimiento de iones. La pulverización (sputtering) es el de mayor importancia. Con las diferentes variantes de PVD se pueden depositar casi todos los metales y también el carbono en una forma muy pura. Si se añaden al proceso gases reactivos como el oxígeno, el nitrógeno o hidrocarburos, también se pueden separar los óxidos, los nitruros o los carburos.
Las calidades de recubrimiento PVD se recomiendan para materiales “pegajosos” debido a sus filos de corte resistentes, pero afilados. Las aplicaciones incluyen todas las fresas y brocas de metal duro integral, así como la mayoría de calidades para ranurado, roscado y fresado. Las calidades con recubrimiento de PVD, también se utilizan ampliamente en las operaciones de acabado y como calidades de placas interiores de brocas de plaquitas.
Si se requiere un alto nivel de tenacidad, un recubrimiento multicapa es una opción. En el proceso, se aplican hasta 2.000 capas individuales, cada una de las cuales tiene sólo unos pocos nanómetros de grosor. La estructura multicapa evita que las grietas que se producen durante el mecanizado se propaguen hacia el interior. El material arrancado no puede penetrar en el filo tan rápidamente para hacerlo saltar. Con los recubrimientos multicapa, puede lograr una vida útil más larga. Aparte de la estructura de la capa, la última capa (la capa superior) es importante. Los metales no férricos, especialmente, tienden a formar filo recrecido, lo que aumenta las fuerzas y temperatura de corte y, por lo tanto, el desgaste de la herramienta. Este problema se minimiza con capas superiores de baja fricción.
En el recubrimiento CVD, los materiales utilizados son generalmente TiC, TiCN, TiN y óxidos de aluminio (Al203). Con las diferentes variantes de PVD se pueden depositar casi todos los metales y también el carbono en una forma muy pura. A modo de orientación, encontrará una descripción general de las propiedades de los composiciones más comunes: