El nitruro de titanio y aluminio ( TiAlN ) o nitruro de aluminio y titanio ( AlTiN ; para contenidos de aluminio superiores al 50%) es un grupo de recubrimientos duros metaestables que consisten en nitrógeno y los elementos metálicos aluminio y titanio . Este compuesto, así como otros compuestos similares (como TiN y TiCN ), se utilizan principalmente para recubrir máquinas herramienta, como fresas y brocas , para cambiar sus propiedades, como una mayor estabilidad térmica y/o resistencia al desgaste. Cuatro composiciones importantes (contenido de metal del 100 % en peso) se depositan a escala industrial mediante métodos de deposición física de vapor :
Ti50Al50N (introducido industrialmente por la empresa CemeCoat (ahora CemeCon) Aachen, BRD, grupo T. Leydecker ca. 1989) [1]
Al55Ti45N (introducido industrialmente por la empresa Metaplas Ionon (ahora Oerlikon), Bergisch Gladbach, BRD, grupo J. Vetter ca. 1999)
Al60Ti40N (introducido industrialmente por la empresa Kobe Steel, Kobe, Japón, alrededor de 1992)
Al66Ti34N (introducido industrialmente por la empresa Metaplas (ahora Oerlikon) grupo J. Vetter ca. 1996). [2]
Las razones fundamentales por las que los recubrimientos de TiAlN superan a los recubrimientos de nitruro de titanio (TiN) puro se consideran:
Mayor resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas debido a la formación de una capa protectora de óxido de aluminio en la superficie.
Mayor dureza en las películas recién depositadas debido a cambios en la microestructura y al endurecimiento de la solución sólida.
Endurecimiento por envejecimiento de los recubrimientos a temperaturas típicas del funcionamiento de herramientas de corte debido a la descomposición espinodal de TiAlN en TiN y AlN cúbico [3]
Se ha demostrado que el fenómeno de endurecimiento por envejecimiento se origina en un desajuste en la estructura electrónica mecánica cuántica de TiN y AlN. [4] [5]
Los recubrimientos se depositan principalmente mediante deposición por arco catódico o pulverización catódica con magnetrón . Aunque la mayoría de los recubrimientos de TiAlN y AlTiN se sintetizan industrialmente utilizando objetivos de aleación con porcentajes específicos de aluminio y titanio, es posible producir recubrimientos de TiAlN con objetivos de Al y Ti puros utilizando una técnica de deposición por arco catódico. NanoShield PVD Tailandia ha producido industrialmente recubrimientos de TiAlN y AlTiN a partir de objetivos de Al y Ti puros mediante deposición por arco catódico desde 1999. Al utilizar tecnología de objetivos separados, es posible ofrecer más flexibilidad con respecto a la estructura y composición del recubrimiento.
Espesor típico del recubrimiento: aprox. (1 a 7) μm
Un tipo de recubrimiento comercial utilizado para mejorar la resistencia al desgaste de las herramientas de carburo de tungsteno es el AlTiN-Saturn de Sulzer Metaplas. [6]
Los recubrimientos se dopan a veces con al menos uno de los elementos carbono , silicio , boro , oxígeno e itrio para mejorar propiedades seleccionadas para aplicaciones específicas. Estos recubrimientos también se utilizan para crear sistemas multicapa. Por ejemplo, se pueden utilizar en combinación con TiSiXN como los utilizados en la familia de recubrimientos Mpower de Sulzer Metaplas. Los tipos de recubrimiento mencionados anteriormente se aplican para proteger herramientas, incluidas herramientas especiales para aplicaciones médicas. También se utilizan como acabados decorativos.
Un derivado de la tecnología de recubrimiento TiAlN es el nanocompuesto TiAlSiN (nitruro de silicio, aluminio y titanio) desarrollado por SHM en la República Checa y comercializado actualmente por Platit de Suiza. El recubrimiento nanocompuesto TiAlSiN presenta una dureza superdura y una excelente trabajabilidad a altas temperaturas.
Referencias
^ Leyendecker, T; Lemmer, O; Esser, S; Ebberink, J (1991). "El desarrollo del recubrimiento PVD TiAlN como recubrimiento comercial para herramientas de corte". Tecnología de superficies y recubrimientos . 48 (2): 175–178. doi :10.1016/0257-8972(91)90142-J.
^ Vetter, J (1995). "Recubrimientos de arco de vacío para herramientas: potencial y aplicación". Tecnología de superficies y recubrimientos . 76–77: 719–724. doi :10.1016/0257-8972(95)02499-9.
^ Mayrhofer, Paul H.; Hörling, Anders; Karlsson, Lennart; Sjölén, Jacob; Larsson, Tommy; Mitterer, Christian; Hultman, Lars (2003). "Nanoestructuras autoorganizadas en el sistema Ti–Al–N". Applied Physics Letters . 83 (10): 2049–2051. Código Bibliográfico :2003ApPhL..83.2049M. doi :10.1063/1.1608464.
^ Alling, B.; Ruban, A.; Karimi, A.; Peil, O.; Simak, S.; Hultman, L.; Abrikosov, I. (2007). "Termodinámica de mezcla y descomposición de c-Ti1−xAlxN a partir de cálculos de primeros principios". Physical Review B . 75 (4): 045123. Bibcode :2007PhRvB..75d5123A. doi :10.1103/PhysRevB.75.045123.
^ Music, D.; Geyer, RW; Schneider, JM (2016). "Progresos recientes y nuevas direcciones en el diseño de recubrimientos duros basado en la teoría funcional de la densidad". Tecnología de superficies y recubrimientos . 286 : 178–190. doi :10.1016/j.surfcoat.2015.12.021.
^ Recubrimiento PVD de alto rendimiento
Enlaces externos
Recubrimientos nanocompuestos de AlTiNCO depositados mediante evaporación reactiva por arco catódico [ enlace roto ]
