Estructura y propiedades de un recubrimiento DLC depositado por plasma CVD en un acero inoxidable AISI 420 nitrurado

Abstract

Los aceros inoxidables martensíticos tienen múltiples aplicaciones, entre ellas instrumentos cortantes como navajas y hojas de afeitar, cuchillería, instrumentos quirúrgicos, donde se requiere buena resistencia mecánica y a la corrosión. Los tratamientos de modificación superficial, como la nitruración asistida por plasma, permiten mejorar las propiedades mecánicas pero suelen tener efectos negativos en el comportamiento a la corrosión. Por esta razón, para algunas aplicaciones se elige combinar este proceso con otros de recubrimiento, como por ejemplo las películas CVD (Chemical Vapour Deposition) asistidos por plasma, dando origen a los tratamientos llamados “duplex”. En este trabajo se presentan los resultados del estudio de un recubrimiento DLC (Diamond-Like-Carbon) depositado por la técnica de CVD asistida por plasma sobre acero inoxidable martensítico AISI 420 templado y revenido, y posteriormente nitrurado, comparándolo con el DLC depositado sin nitrurado previo, y con el acero sólo nitrurado sin recubrimiento. En los tres casos se midió dureza superficial y espesor de la zona modificada y del recubrimiento. Se observó la microestructura de la zona tratada con microscopio óptico y electrónico de barrido. Se evaluaron propiedades mecánicas mediante ensayos de indentación estáticos, cuasiestáticos, y de desgaste por deslizamiento recíproco de baja amplitud, usando como contraparte una bolilla de carburo de tungsteno, variando la carga y el tiempo. Se determinaron los valores de carga para los cuales se dañó el recubrimiento en los distintos ensayos y se caracterizó el daño con fotos del SEM. Para evaluar la resistencia a la corrosión se realizaron: un ensayo de niebla salina de 100 horas según norma ASTM B117 y un ataque superficial con ácido oxálico según Norma ASTM A763. Como resultado de la nitruración se obtuvo una zona modificada constituida por una capa blanca de 8-10 micrones de espesor, los recubrimientos fueron de 1 micrón de espesor. Con respecto al comportamiento mecánico del recubrimiento DLC, la resistencia de la probeta duplex fue mayor aunque se observó que los bordes de flexión se fisuraron por fatiga en el ensayo de desgaste. En el ensayo cuasiestático con la mayor carga la probeta sólo recubierta presentó fisuras y desprendimiento de capa a diferencia de la probeta duplex que no mostró daño alguno. En cuanto al comportamiento a la corrosión, la respuesta del recubrimiento tanto en la prueba de niebla salina como en la de medio ácido fue buena. En cambio en la probeta nitrurada, se mostró susceptible a la corrosión en ambos casos.