Protección de acero para instrumentos quirúrgicos con recubrimientos duros en base carbono tipo DLC

Abstract

Los aceros inoxidables martensíticos como el AISI 420 tienen múltiples aplicaciones, entre ellas instrumentos quirúrgicos, donde se requiere buena resistencia al desgaste y a la corrosión. Los tratamientos de modificación superficial, como la nitruración iónica, permiten mejorar las propiedades mecánicas de estos aceros pero afectan su resistencia a la corrosión. Por esta razón, un tratamiento posterior de deposición de recubrimiento tipo DLC (“Diamond Like Carbon”, carbono símil diamante) puede ser conveniente. En este trabaj se estudió el comportamiento al desgaste y a la corrosión de muestras dúplex (nitruradas y recubiertas por PACVD) y se compararon con muestras nitruradas, sólo recubiertas, nitruradas y sólo templadas y revenidas. Se analizaron los recubrimientos con espectroscopia Raman y EDS. Se realizaron ensayos de desgaste tipo “pin on disk” y se evaluó la adhesión mediante ensayos de Scratch Test e indentación Rockwell C. Se midió nanodureza con indentador Berkovich. Se llevaron a cabo los ensayos propuestos para instrumentos quirúrgicos en la Norma F 1089-02 (prueba de agua hirviendo y de hisopado con sulfato de cobre) y ensayos de niebla salina. Estos recubrimientos tienen una relación ID/I de 0,8 y bajo contenido de hidrógeno aproximadamente del 20 %. El espesor de los recubrimientos fue de 2 µm y la dureza alcanzó 24 GPa. La capa nitrurada tuvo un espesor de 10 µm. Las muestras dúplex y recubierta presentaron bajo coeficiente de fricción y el volumen desgastado fue indetectable. Además, tuvieron buen comportamiento a la corrosión en el ensayo de niebla salina y en los ensayos propuestos en la Norma ASTM F 1089-02. No obstante, la muestra sólo nitrurada presentó una región corroída en el ensayo de sulfato de cobre y en el de agua hirviendo. La muestra dúplex presentó mejor adhesión que la muestra sólo recubierta en los ensayos de Scratch Test y de indentación Rockwell C.

Martensitic stainless steels can be used in different applications such as surgical instruments where a good wear and corrosion resistance are required. Surface modification treatments such as nitriding improve the mechanical properties of these steels, however; they affect the corrosion resistance. For this reason, the DLC (Diamond Like Carbon) coatings deposition can be convenient. The wear and corrosion behaviour was studied in duplex samples (nitrided and PACVD coated) and they were compared with nitrided and only coated samples and with those without treatment, only heat treated (quench and tempering). The coatings were analyzed by Raman spectroscopy and EDS. Pin on disk tests were performed and the adhesion was evaluated using Scratch Test and Rockwell C Indentation. The nanohardness was measured with a Berkovich indenter. The corrosion tests for surgical instruments (according to the Standard ASTM F 1089 -02) and Spray Salt Fog tests were carried out. In the DLC coatings, the ID /IG ratio was 0.8 and the hydrogen content was calculated and resulted to be about 20 %. The coating thickness was 2 µm and the hardness reached 24 GPa. The nitrided layer thickness was 10 µm. The duplex and coated samples presented low friction coefficient and the wear volume loss was undetectable. The coatings had good corrosion behaviour in the corrosion tests. Nevertheless, the nitrided sample presented a corroded region in the copper sulfate and boil tests. The duplex samples had better adhesion than the coated samples in scratch test and indentation Rockwell C.