Tratamientos superficiales de difusión y recubrimientos asistidos por plasma para aceros inoxidables de uso industrial. - Dalibón Bähler, Eugenia Laura
Los aceros inoxidables son de uso masivo en la industria donde se requieren buenas propiedades mecánicas, bajo coeficiente de fricción y resistencia a la corrosión. Para modificar las propiedades superficiales e incrementar la perfomance de estos materiales, sin afectar sus propiedades másicas, se pueden utilizar técnicas asistidas por plasma que consumen poca energía, no son contaminantes, ofrecen máxima seguridad operativa; y permiten obtener rendimientos no alcanzables por otros medios. Estas técnicas pueden ser de dos tipos: modificación superficial por difusión o deposición de recubrimientos, y se pueden aplicar en forma individual o combinadas, en los procesos llamados dúplex . El objetivo de este trabajo fue generar conocimiento científico y tecnológico que permitiera diseñar procesos de tratamiento de superficie de componentes fabricados en aceros inoxidables de uso industrial, considerando en forma individual o combinada, procesos de difusión termoquímica asistidos por plasma, como la nitruración iónica y recubrimientos finos producidos por la técnica de PACVD ( Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition ) para lograr óptima resistencia al desgaste y a la corrosión simultáneamente. En este trabajo se estudiaron procesos aplicados sobre tres tipos de aceros inoxidables diferentes: austeníticos, martensíticos y endurecibles por precipitación (PH). Se realizaron procesos individuales de nitruración modificando el porcentaje de nitrógeno en la mezcla gaseosa y la temperatura sobre aceros inoxidables endurecibles por precipitación, y se estudió en profundidad la capa nitrurada formada en los aceros inoxidables austeníticos. También se llevaron a cabo procesos combinados de deposición de recubrimientos con tratamientos previos de difusión (nitruración) en cada uno de los aceros. El acero inoxidable martensítico AISI 420 fue recubierto con carbono amorfo hidrogenado tipo DLC ( Diamond-like carbon ), en tres condiciones previas: nitrurado, nitrurado y oxidado y sin nitrurar. Este mismo acero fue recubierto con un DLC de tipo hard , previamente nitrurado con dos terminaciones superficiales diferentes. El acero endurecible por precipitación fue recubierto con oxinitruro de silicio, en dos condiciones previas: nitrurado y sólo envejecido. En estas mismas condiciones también este acero fue recubierto con DLC tipo hard. El acero austenítico AISI 316L fue nitrurado a alta temperatura, nitrurado y oxidado y posteriormente recubierto con DLC hard. También fue nitrurado a baja temperatura y recubierto con DLC soft. En todos los casos se realizó un análisis microestructural de las capas modificadas y de los recubrimientos utilizando diversas técnicas como SEM, EDS, TEM; Raman, GDOES, SIMS, SEM-FIB, entre otras. Se evaluó el comportamiento al desgaste en ensayos de deslizamiento, fretting, abrasión y erosión, y se evaluó el comportamiento a la corrosión y la adhesión. Para el caso del acero Corrax, se encontró que cuando el proceso de nitruración se realiza con bajo porcentaje de nitrógeno y a baja temperatura (20% N2 y 390 ºC) se logra una capa nitrurada sin precipitación de compuestos, resistente al desgaste y a la corrosión. Se ha concluido que la deposición de los recubrimientos duros y frágiles sobre el acero sin nitrurar no resultó conveniente. La combinación de la nitruración con este tipo de recubrimientos es recomendable debido a que permite disminuir el coeficiente de fricción, aumentar la resistencia al desgaste, mejorar la adhesión y la resistencia a la corrosión. Los recubrimientos duros pero con alto módulo elástico o gruesos tipo soft resultaron mecánicamente resistentes en las condiciones ensayadas independientemente del tratamiento previo a la deposición de los mismos. El pretratamiento sí tuvo influencia en la adhesión y en situaciones de desgaste por deslizamiento severas o abrasión. Finalmente, con respecto a la terminación superficial, en los aceros inoxidables martensíticos, se determinó que el pulido previo de las superficies de las muestras mejoró el proceso de difusión del nitrógeno y la adhesión de los recubrimientos.