Comportamiento mecánico y a la corrosión de recubrimientos DLC hard y soft depositado sobre acero AISI 420

Abstract

The DLC (“Diamond Like Carbon”) is a kind of carbon based coating which has good anti-friction properties and corrosion resistance. For this reason, it is used to improve these surface properties on different pieces of industrial use. However, DLC coatings present adhesion problems when they are deposited on metallic substrates. In this work, it was studied the mechanical behavior and adhesion of two DLC coatings, the so-called Soft and Hard, deposited on nitrided AISI 420 stainless steel (duplex sample) and without nitriding (coated sample). The coatings were characterized by Raman. The hardness on the surface was measured with nanoindenter. The microstructure of nitrided layer and the coatings were analysed by OM and SEM. Pin on disk tests were carried out with two counterparts, alumina and steel. The adhesion was evaluated by Indentation Rockwell C with 10 kg, 20 kg and 30 kg. Corrosion behavior was evaluated by the Salt Spray Fog Test according to ASTMB117. The DLC soft coatings had high hydrogen content and their thickness was 30 µm. Their Young Modulus was low, as well as their hardness of about 600 HV. The DLC hard coatings have low hydrogen content and their thickness was about 3 µm. Their hardness is 2000 HV and they have high Young Modulus. Indentation tests showed that the nitrided layer improved the adhesion of both kinds of films. Comparing them, the Soft DLC had better adhesion than the Hard one. The friction coefficient was 0.1 for hard DLC coatings and 0.07 for soft DLC coatings. This value is lower than in the nitrided and untreated steel.

El DLC (“Diamond Like Carbon”) es un recubrimiento de base carbono similar al diamante, el cual posee buenas propiedades anti-fricción y resistencia a la corrosión. Es por esto que se utilizan para mejorar dichas propiedades en distintas piezas de uso industrial. No obstante, el DLC presenta inconvenientes en la adhesión sobre un sustrato metálico. En este trabajo se estudió el comportamiento mecánico y la adhesión de dos tipos de recubrimientos DLC, los denominados Soft y Hard, depositados sobre el acero AISI 420, templado y revenido (muestra recubierta) y nitrurado (muestra duplex). Se los analizó por espectroscopía Raman y se midió dureza en superficie con nanoindentación. Se observó el recubrimiento y capa nitrurada por microscopía óptica y SEM. Para cuantificar los coeficientes de fricción de los recubrimientos se realizaron ensayos de Pin on Disk con contrapartes de alúmina y acero. Para evaluar la adhesión se efectuaron pruebas de indentación Rockwell C con 10, 20 y 30 kg de carga. Se practicaron ensayos de Niebla Salina bajo la norma ASTM B117. Los DLC Soft son recubrimientos con alto contenido de hidrógeno y espesores de 30 µm. Su módulo elástico es bajo, al igual que su dureza, de aproximadamente 600 HV. Los DLC Hard son recubrimientos con bajo contenido de hidrógeno, delgados, con espesores de 3 µm. Su dureza es de aproximadamente 2000 HV y poseen un módulo elástico alto. En los ensayos de indentación se observó que la capa nitrurada mejora la adhesión en ambos recubrimientos. Además, se aprecia que los recubrimientos Soft poseen mejor adhesión que los Hard. El coeficiente de fricción de los recubrimientos Hard resultó ser 0,1; y en los Soft, de 0,07. Este valor es considerablemente menor al obtenido en el acero sólo templado y revenido, y nitrurado, los cuales fueron de 0,85 y 0,7 respectivamente.