Desgaste por fretting en un recubrimiento de nitruro de titanio depositado sobre de AISI 316L nitrurado

Abstract

Los aceros inoxidables austeníticos son requeridos para su uso en ambientes agresivos debido a su excelente resistencia a la corrosión, pero a fin de ampliar el rango de aplicación es necesario tratarlos superficialmente para elevar su dureza y mejorar su resistencia al desgaste. Si entre dos componentes de un sistema que están en contacto se origina un movimiento oscilatorio de pequeña amplitud es posible que se produzca desgaste por fretting, lo que podría causar una falla que afecte su funcionamiento. El objetivo de este trabajo es evaluar el comportamiento al desgaste por fretting de recubrimientos de TiN depositados por arco catódico sobre acero inoxidable AISI 316L nitrurado por plasma. Se compararon los volúmenes desgastados de un recubrimiento comercial de TiN y recubrimientos bicapa de Ti-TiN combinando éste con implantación iónica. Como referencia fueron evaluadas muestras solamente nitruradas y el acero sin tratar. El ensayo se realizó durante 15, 30 y 60 minutos con una carga de 5 N y se utilizó como contraparte una bolilla de alúmina de 6 mm. Para los ensayos de mayor tiempo los volúmenes desgastados de los recubrimientos no mostraron diferencias y resultaron al menos 40% menores que los de las muestras nitruradas y 70% menores que los del acero sin tratar. Sin embargo, para los ensayos de 15 minutos, los recubrimientos bicapa de Ti-TiN combinados con implantación iónica presentaron el mejor comportamiento al desgaste por fretting, al obtener un menor volumen desgastado y no dejar expuesto al sustrato.

Stainless Steel is highly required in aggressive environments because of its excellent corrosion resistance. However, in order to broad this steel applications and uses, it becomes necessary to increase its surface hardness and wear resistance. Whenever between two components which are in contact an oscillatory movement exists, fretting wear can occur, and as consequence a material failure. The main goal of this work is to evaluate the fretting behaviour of TiN coatings, deposited by cathodic arc PVD over plasma nitrided AISI 316L stainless steel. Two processes were studied, one produced in a commercial facility and other bilayer Ti/TiN produced in lab, combined with ion implantation. As reference, also only nitrided samples and plain steel samples were evaluated. The fretting test was carried out with 5 N load, during 15-, 30- and 60-min duration, using an alumina ball as counterpart. For long duration tests the wear volumes in coated samples did not show much difference but were 40% smaller than nitrided samples and 70% than plain steel. However, in the 15 min test, the sample with the bilayer Ti/TiN combined with implantation showed the best wear resistance, with the lower loss volume, without exposing the substrate.