Orbital forming tool white

Ionbond™ recubrimientos CVD para las aplicaciones de conformado más exigentes en condiciones duras

La deposición química en fase vapor (CVD) es la tecnología de deposición más antigua para revestimientos resistentes al desgaste para aplicaciones de conformado industrial. Las máquinas CVD modernas garantizan operaciones robustas y fiables y altos índices de rendimiento. Esto ha dado lugar a la popularidad del CVD para determinadas aplicaciones, como las herramientas de conformado de metales y las matrices de extrusión. Estas herramientas están sometidas a duras condiciones ambientales en términos de desgaste abrasivo y adhesivo, así como de oxidación y corrosión, y los revestimientos CVD les proporcionan una tenacidad y una resistencia al desgaste extremas.

Casos prácticos

Casos prácticos de formado y moldeado

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Ionbond Forming Molding Portrait
Ionbond CVD 29 sample

Propiedades muy deseables y flexibilidad

Entre las ventajas de los procesos CVD se incluyen:

  • Perfil de tensión residual ventajoso que permite la deposición de revestimientos CVD gruesos (20 µm y más).
  • Recubrimientos CVD de extrema dureza e inigualable resistencia a la fatiga por impacto
  • Alta adherencia del recubrimiento CVD sobre las herramientas gracias a la interdifusión entre el recubrimiento CVD y el material base
  • Las herramientas a recubrir no requieren rotación dentro de la retorta
  • Posibilidad de revestir geometrías complejas, incluidos determinados diámetros interiores.
  • Excelente uniformidad de recubrimiento, independientemente de la geometría de la herramienta

La tecnología CVD permite producir revestimientos a base de titanio (Ti) o cromo (Cr) en forma de nitruros (N), carburos (C) y carbonitruros (CN). Además, se pueden crear capas de óxido de aluminio de alta calidad (Al2O3), tanto en fase α como κ. Estos revestimientos de CVD se depositan casi siempre como multicapas, como TiC/TiN, TiN/TiCN/TiN, TiCN/Al2O3 o TiCN/Al2O3 /TiN, en las que la combinación de capas se diseña para satisfacer las exigencias de una aplicación de conformado específica. El grosor del revestimiento suele oscilar entre 5 µm y 12 µm, pero en algunos casos puede llegar a 20 µm o más.

Las distintas estructuras de recubrimiento de Ti por CVD y sus ventajas

TiC

Cuando se deposita por CVD, una capa de TiCproporciona un bajo coeficiente de fricción, alta tenacidad y alta resistencia contra el desgaste abrasivo. Esto es beneficioso para aplicaciones de conformado, como el conformado en frío de aceros inoxidables ferríticos y austeníticos, aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA), aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) y piezas de trabajo de acero con un espesor > 2 m

Multicapa de TiN/TiC/TiN o solución sólida de TiCN

La combinación de revestimientos de TiN o TiC depositados individualmente en una estructura multicapa de TiN/TiC/TiN o en una solución sólida de TiCNaumenta aún más el rendimiento en aplicaciones de conformado. El TiCN es la solución de revestimiento preferida para aplicaciones de conformado de metales ligeros a medios en las que intervienen aceros inoxidables, HSLA y piezas de trabajo de acero con un espesor > 3 mm. El revestimiento multicapa CVD TiN/TiC/TiN revela una tenacidad extrema bajo carga de impacto y una adherencia superior entre el revestimiento y la herramienta, lo que lo convierte en una opción excelente para aceros de forja en frío y extrusión en caliente o tibia de cerámicas o aleaciones no ferrosas.

Al2O3

La deposición CVD de Al2O puede proporcionar una mejora adicional en términos de resistencia a la oxidación y dureza en caliente para condiciones agresivas, como las de las aplicaciones de conformado a alta temperatura. El Al2O3 puede depositarse en fase α (termodinámicamente estable) o en fase κ (metaestable), y a menudo se deposita sobre TiC o TiCN en una estructura multicapa. Una capa de Al2O3 presenta una excelente estabilidad térmica, inercia química y una gran resistencia a la corrosión, el desgaste abrasivo y el desgaste adhesivo. Esto la convierte en la principal solución de revestimiento para la extrusión en caliente de aleaciones férricas y no férricas.

Recubrimiento multicapa de TiCN/Al2O3/TiN

Por último, un recubrimiento multicapa de TiCN/Al2O3/TiN combina las principales ventajas de las capas individuales. La capa de TiCN garantiza una elevada resistencia al desgaste y proporciona una excelente adherencia a la herramienta. La capa de Al2O3 presenta una excelente estabilidad térmica, una elevada dureza en caliente y una extrema resistencia al desgaste. Y la capa superior de TiN puede utilizarse para la detección del desgaste durante la vida útil de la herramienta de conformado por recubrimiento.

Coating Technology CVD 2022

Adecuado para muchos aceros para herramientas con tratamiento térmico posterior al recubrimiento

El CVD térmico es un proceso activado por calor en el que las herramientas que se van a recubrir se calientan a una temperatura adecuada y se exponen a uno o varios precursores sólidos o líquidos. Por ejemplo, los haluros TiCl4, AlCl3 o CrCl3. En combinación con determinados gases reactivos como H2, N2 o CH4, los precursores de haluro reaccionan en la superficie de la herramienta para producir el recubrimiento deseado. El esquema que ve muestra un proceso de CVD. Combinando los precursores TiCl4 y CH4 a 1.000 °C, se crea un recubrimiento de TiC.

TiCl4 + CH4TiC + 4 HCl

La temperatura de proceso típica para los revestimientos CVD oscila entre 900 °C y 1050 °C para el CVD de alta temperatura (HT) y entre 720 °C y 900 °C para los procesos CVD de temperatura moderada (MT) de IHI Bernex. Estas altas temperaturas de proceso pueden hacer que ciertos materiales base no sean adecuados para el CVD, o requerir un tratamiento térmico posterior al recubrimiento de las herramientas. Sin embargo, la necesidad de un tratamiento térmico no debería desalentar el uso de procesos CVD en aceros para herramientas. El recubrimiento CVD no se ve afectado por el tratamiento térmico posterior. Cuando el tratamiento térmico se realiza en condiciones de vacío, el revestimiento CVD conserva sus propiedades mecánicas y su adherencia a la herramienta.

Table base materials FMT Applications CVD

Selección de los parámetros de tratamiento térmico para adaptarlos al material de base

Seleccionando cuidadosamente los parámetros del recubrimiento CVD y del tratamiento térmico, los ingenieros de superficie de Ionbond ayudan a evitar una distorsión térmica excesiva de las herramientas recubiertas tras el tratamiento térmico. Esto puede hacerse para aceros comunes para herramientas de trabajo en frío y en caliente y aceros de alta velocidad, véase Tabla. El acero inoxidable austenítico puede incluso procesarse mediante CVD sin necesidad de tratamiento térmico posterior al recubrimiento, ya que no sufre una transformación de fase por debajo de la temperatura del proceso CVD. Otra excepción es el acero inoxidable martensítico tratado térmicamente. Éste también puede procesarse a una temperatura inferior, lo que permite utilizar MT-CVD para conservar la dureza del núcleo en el rango de 35 a 40 HRC.

Tabla: Visión general de los materiales base para aplicaciones de herramientas de conformado y moldeo, tipos comunes de recubrimientos CVD y tratamiento térmico posterior al recubrimiento requerido.

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Tobias Brögelmann, Director de segmento mundial Herramientas de formado y moldeado, estará encantado de ayudarle.

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Dr. Ing. Tobias Brögelmann

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