Recubrimientos DLC depositados sobre acero AISI 4140 para mejorar su resistencia al desgaste deslizante y abrasivo

Abstract

Los recubrimientos DLC son ampliamente usados y reconocidos debido a su muy bajo coeficiente de fricción, alta dureza, estabilidad química y resistencia a la corrosión. Sin embargo, cuando se los deposita sobre aceros blandos, como los utilizados para elementos de máquina, presentan problemas de adhesión que comprometen sus buenas propiedades. Al realizar un pretratamiento de nitruración iónica sobre la superficie del acero, se obtiene un gradiente de dureza que ayuda a soportar mejor las solicitaciones y distribuir las cargas de una forma adecuada para que no se produzca un desprendimiento abrupto1. En este trabajo, se depositaron tres recubrimientos DLC diferentes sobre acero AISI 4140 nitrurado y sin nitrurar, para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste deslizante y abrasivo. El primero es un recubrimiento a-C:H grueso depositado mediante PA-CVD utilizando un equipo de Rübig en Austria, mientras que el segundo es una variante dopada con silicio (a-C:H:Si) obtenido con los mismos parámetros2. El tercero es un recubrimiento multicapa con DLC como top-layer depositada mediante PVD-PEMS en Tantal SRL, Córdoba. Consiste en una capa de anclaje de CrN, una capa gradiente y luego a-C:H:Cr. La caracterización se realizó mediante SEM, Raman y DRX. Se obtuvieron las propiedades mecánicas mediante nanoindentación. El comportamiento tribológico se evaluó con Pin-on-Disk y se realizaron ensayos de abrasión según la norma ASTM G65. La estructura de los recubrimientos es una combinación de enlaces sp2 y sp3 con alto nivel de desorden. El coeficiente de fricción estuvo entre 0,05 y 0,2, con el mejor resultado para el a-C:H, que también presentó las menores tasas de desgaste deslizante, junto al a-C:H:Cr sobre sustrato previamente nitrurado. El dopaje con Si mejoró notablemente la resistencia al desgaste abrasivo, al igual que el dopaje con Cr, aunque el pretratamiento de este último fue fundamental para obtener buenos resultados.