RECUBRIMIENTOS CVD PARA ESTAMPACIÓN DE CHAPAS ... - …

1 RECUBRIMIENTOS CVD PARA ESTAMPACI N DE CHAPAS DE ALTA RESISTENCIA L. Carreras Vendrell. Sandra Bueno Serradilla. Francesc Montal Guitart. (Grup TTC. Dep. RECUBRIMIENTOS Avanzados) Resumen. La introducci n progresiva en la industria de la automoci n de muchas partes fabricadas con CHAPAS de alta resistencia esta ocasionando graves problemas en las etapas de estampaci n. Los RECUBRIMIENTOS CVD est n consiguiendo los mejores rendimientos en troqueles de estampaci n y conformado. Sin embargo, para obtener los mejores resultados, deben considerarse algunos aspectos referentes a la preparaci n y reparaci n superficial, elecci n del acero base y su respuesta a los tratamientos t rmicos. En el presente trabajo se resumen los fundamentos del recubrimiento CVD y las recomendaciones para obtener los mejores rendimientos en troqueles recubiertos por CVD.

2 The introduction of parts made of high resistance sheets in automotive industry is increasing the number of problems during forming and stamping processes. CVD coatings have been obtaining the best results in stamping dies and punches under very hard conditions. However, to obtain the best performance, some aspects have to be considered. In this work have been summarized the fundamentals of CVD coatings and the recommendations to obtain the optimum results in CVD coated dies. INTRODUCCION La creciente competitividad en la industria de la automoci n, particularmente en el sector de la estampaci n y corte de chapa, est propiciando la r pida incorporaci n de los RECUBRIMIENTOS como tratamiento de superficie imprescindible para conseguir altos rendimientos en matrices y punzones.

3 Las exigencias espec ficas hacen que cada nuevo recubrimiento pueda encontrar su lugar de aplicaci n y, adem s, inducen la investigaci n y desarrollo de t cnicas y compuestos que den soluci n a los problemas que plantean los nuevos proyectos. Concretamente en matrices y troqueles son comunes los RECUBRIMIENTOS de cromo duro y los tratamientos de nitruraci n, temple superficial. Estos tratamientos han resuelto con xito los problemas de desgaste adhesivo y abrasivo, especialmente en troqueles de fundici n. Sin embargo en estas condiciones se suelen estampar CHAPAS delgadas y de baja resistencia. Cuando los dise os exigen CHAPAS gruesas y de elevada resistencia para componentes de alta seguridad, las caracter sticas de estampaci n son m s severas, los fen menos de desgaste aumentan y por tanto las exigencias superficiales son mayores.

4 Los RECUBRIMIENTOS duros obtenidos por v a f sica (PVD) han resuelto los casos donde un aumento de dureza superficial y un buen comportamiento tribol gico son suficientes para asegurar la productividad del til. Los compuestos duros obtenidos por PVD han evolucionado en estos dos sentidos, mayor dureza ( compuestos de titanio y aluminio) y menor coeficiente de fricci n (compuestos con alto contenido en carbono). No obstante, la gran ventaja que supone la baja temperatura de los RECUBRIMIENTOS PVD que evitan cambios dimensionales en las piezas, supone tambi n una limitaci n en cuanto a la adherencia de la capa al sustrato. Solo en procesos de conformado donde no es preciso laminar la chapa, sta no es excesivamente gruesa y no presenta elevada resistencia, la adherencia que obtienen los RECUBRIMIENTOS PVD es suficiente.

5 En la actualidad, los retos que se plantean las firmas de autom viles con referencia a las partes estructurales de los veh culos son la reducci n de peso y principalmente mayor seguridad en el habit culo. Ello conlleva utilizaci n de CHAPAS de alta resistencia en muchas partes del veh culo. Esto supone conformar CHAPAS que presentan resistencias de 400, 800, incluso 1200 N/mm2. Este tipo de CHAPAS poseen adem s un l mite el stico alto. Cuando la pieza se estampa seg n los par metros habituales, su tendencia es recuperar en parte la forma original. Para evitarlo hay que estrechar tolerancias entre punz n y matriz y en muchos casos obtener la forma final en una sola operaci n. En tales condiciones es preciso mejorar la adherencia recubrimiento sustrato para evitar desprendimientos prematuros, desgastes, gripajes y mantener el troquel en servicio durante el mayor tiempo posible: no queda m s remedio que recurrir a los procesos CVD de alta temperatura Un estudio especializado de las zonas sometidas a desgaste permite aconsejar, en algunos casos, una combinaci n de RECUBRIMIENTOS duros.

6 Es com n recubrir por CVD solo los sectores m s solicitados y por PVD los menos solicitados, disminuyendo la posibilidad de distorsi n del conjunto y favoreciendo la etapa de ajuste final. RECUBRIMIENTOS CVD A ALTA TEMPERATURA (DEPOSICION QU MICA EN FASE VAPOR) La t cnica de obtenci n de compuestos por CVD se desarroll en la d cada de los a os 70 y su aplicaci n industrial ha ido en aumento progresivo hasta nuestros d as. Los procesos iniciales han evolucionado e incorporado otras t cnicas como las de vac o (LPCVD) y activaci n por plasma (PECVD). Fundamentalmente, los RECUBRIMIENTOS CVD parten de un compuesto portador met lico (precursor) que se disocia a lata temperatura en el seno de una atm sfera reductora liberando el metal.

7 Los halogenuros y muy especialmente cloruros son los precursores industriales m s empleados. (TiCl4, AlCl3, ) Paralelamente los gases activos del proceso CH4, N2 se disocian dejando libre el carbono y el nitr geno. En la superficie de la pieza tiene lugar la formaci n del compuesto deseado (nitruros, carbonitruros o carburos). Para la primera capa suele utilizarse el carburo dado que es el compuesto que garantiza una elevada adherencia ya que produce un fen meno de dufusi n bidireccional. Por una parte el carbono del acero es bombeado hacia la superficie para formar carburos. Por otra parte el carbono liberado por el metano difunde hacia el interior del acero. El mecanismo se regula mediante el control de la temperatura y la cantidad de metano que es utilizado en cada momento.

8 Esta difusi n crea una zona de anclaje en la que no se aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el substrato: la adherencia entre ambos est asegurada. Posteriormente se introducen los dem s gases reactivos (nitr geno) para obtener nitruros o carbonitruros sobre la capa inicial de carburo. Finalizado el proceso en el tiempo preciso para conseguir los espesores de capa deseados, las piezas se enfr an en el reactor hasta temperatura de descarga. Como se ha comentado, los compuestos aplicados en matriceria de embutici n y conformado son, generalmente, los derivados del titanio, es decir TiC, TiCN, TiN, y multicapas basados en la combinaci n de estos. La uni n de compuestos de mayor dureza (TIC, 3800 HV) con compuestos de menor coeficiente de fricci n (TiN, TiCN ) asegura un buen comportamiento tanto a desgaste abrasivo como adhesivo y minimiza la utilizaci n de lubricantes.

9 Las capas no suelen exceder un espesor de 10 micras. Si el sustrato es un acero, como ocurre en el recubrimiento de troqueles se procede al temple y revenido condiciones de vac o, para evitar la oxidaci n de los compuestos formados. CONSIDERACIONES PREVIAS AL RECUBRIMIENTO CVD DE UN TROQUEL Los troqueles que previsiblemente deben ser recubiertos por CVD son troqueles que presentan problemas en producci n o bien en el proyecto de fabricaci n se especifica la necesidad de recubrimiento. En cualquier caso, el troquel ha realizado una etapa de producci n bien sea por que ha sido puesto en producci n o por que debe realizar la serie de homologaci n. El troquel presenta un estado de tratamiento, temple y revenido, y un estado de ajuste dimensional que deben ser respetados despu s de las secuencias de recubrimiento y tratamientos t rmicos.

10 La superficie suele estar deteriorada por el trabajo realizado. Si existen, debe procederse a la eliminaci n de RECUBRIMIENTOS anteriores o de material antagonista adherido. En todos los casos debe realizarse una preparaci n superficial muy encarecida para garantizar la correcta adherencia del recubrimiento y los m nimos coeficientes de fricci n. La necesidad de templar y revenir el troquel recubierto ocasiona cambios dimensionales que deben poder ser asumidos por las tolerancias de la pieza. En caso de tratarse de un troquel por sectores, deber realizarse un ajuste del conjunto una vez acabadas todas las etapas de tratamiento. Estos ajustes y las pruebas en prensa requieren personal especializado en el sector de la fabricaci n de troqueles.