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 que consta de nitrógeno y los elementos metálicos aluminio y titanio . Cuatro composiciones importantes (contenido de metal 100% en peso) se depositan a escala industrial mediante métodos físicos de deposición de vapor :
- Ti50Al50N (introducido industrialmente por la empresa CemeCoat (ahora CemeCon) Aquisgrán, BRD, grupo T. Leydecker hacia 1989) [1]
- Al55Ti45N (introducido industrialmente por la empresa Metaplas Ionon (ahora Sulzer Metaplas), Bergisch Gladbach, BRD, grupo J. Vetter ca.1999)
- Al60Ti40N (introducido industrialmente por la empresa Kobe Steel, Kobe, Japón, ca.1992)
- Al66Ti34N (introducido industrialmente por la empresa Metaplas (ahora Sulzer Metaplas) 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 puro (TiN) 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 de microestructura y endurecimiento de la solución sólida
- Endurecimiento por envejecimiento de los recubrimientos a temperaturas típicas para la operación de herramientas de corte debido a la descomposición espinodal de TiAlN en TiN y AlN cúbico [3]
Se ha demostrado que el fenómeno del endurecimiento por envejecimiento se origina en un desajuste en la estructura electrónica de la mecánica cuántica de TiN y AlN. [4] [5]
Los recubrimientos se depositan principalmente mediante deposición por arco catódico o pulverización catódica con magnetrón . Aunque la mayoría de los recubrimientos de TiAlN y AlTiN se sintetizan industrialmente utilizando dianas de aleación con porcentajes específicos de aluminio y titanio, es posible producir recubrimientos de TiAlN con dianas de Al y Ti puro utilizando una técnica de deposición por arco catódico. Los recubrimientos de TiAlN y AlTiN a partir de objetivos de Al puro y Ti puro por deposición de arco catódico han sido producidos industrialmente por NanoShield PVD Tailandia desde 1999. Al usar tecnología de objetivo separada, es posible ofrecer más flexibilidad con respecto a la estructura y composición del recubrimiento.
Las propiedades seleccionadas de Al66Ti34N son:
- Dureza Vickers 2600 a 3300 HV.
- Estabilidad de fase aprox. 850 ° C, inicio de descomposición a AlN + TiN.
- La oxidación intensa comienza a aproximadamente 800 ° C (aproximadamente 300 ° C más que para el TiN).
- Conductividad eléctrica y térmica más baja que TiN
- Espesor de revestimiento típico 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]
Los revestimientos a veces se dopan con al menos uno de los elementos carbono , silicio , boro , oxígeno e itrio para mejorar las propiedades seleccionadas para aplicaciones específicas. Estos recubrimientos también se utilizan para crear sistemas multicapa. Por ejemplo, se pueden usar en combinación con TiSiXN como los que se usan en la familia de recubrimientos Mpower de Sulzer Metaplas. Los tipos de revestimiento mencionados anteriormente se aplican para proteger herramientas, incluidas herramientas especiales para aplicaciones médicas. También se utilizan como acabados decorativos.
Un derivado de la tecnología de recubrimiento TiAlN es el nanocompuesto TiAlSiN (nitruro de titanio, aluminio y silicio) que fue desarrollado por SHM en la República Checa y ahora comercializado por Platit de Suiza. El recubrimiento de nanocompuesto TiAlSiN exhibe una dureza superduro y una excelente trabajabilidad a altas temperaturas.
Referencias
- ^ Leyendecker, T; Lemmer, O; Esser, S; Ebberink, J (1991). “El desarrollo del recubrimiento PVD TiAlN como recubrimiento comercial para herramientas de corte”. Tecnología de superficies y revestimientos . 48 : 175. doi : 10.1016 / 0257-8972 (91) 90142-J .
- ^ Vetter, J (1995). "Recubrimientos de arco al vacío para herramientas: potencial y aplicación". Tecnología de superficies y revestimientos . 76–77: 719. doi : 10.1016 / 0257-8972 (95) 02499-9 .
- ^ 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 : 2049. doi : 10.1063 / 1.1608464 .
- ^ Alling, B .; Ruban, A .; Karimi, A .; Peil, O .; Simak, S .; Hultman, L .; Abrikosov, I. (2007). "Termodinámica de mezcla y descomposición de c-Ti1 − xAlxN a partir de cálculos de primeros principios" . Physical Review B . 75 . doi : 10.1103 / PhysRevB.75.045123 .
- ^ Música, D .; Geyer, RW; Schneider, JM (2016). "Avances recientes y nuevas direcciones en el diseño basado en la teoría funcional de la densidad de recubrimientos duros". Tecnología de superficies y recubrimientos . 286 . doi : 10.1016 / j.surfcoat.2015.12.021 .
- ^ Recubrimiento PVD de alto rendimiento
enlaces externos
- Recubrimientos nanocompuestos de AlTiNCO depositados por evaporación de arco catódico reactivo [ enlace muerto ]
- [1]