En este apartado solamente queremos dar a conocer algunas nociones sobre NITRURACION y RECUBRIMIENTOS DUROS, tales como TITANIO, CROMO, etc., con el objeto de mostrar lo que es una DEPOSICION con respecto a una APORTACION de nitruros. En este último caso, los nitruros se alojan en la propia microestructura del acero, y por lo tanto, llega a formar parte de ella.

NITRURACION

La nitruración es un tratamiento termoquímico de enriquecimiento superficial, con nitrógeno y amoniaco en fase ferrítica, sobre los aceros. Esto se consigue introduciendo dentro del propio material los elementos antes citados.

Los procesos de nitruración se componen de dos mecanismos:

Esquema típico de un material nitrurado

Existen diferentes métodos de nitrurar, pero fundamentalmente se emplean las técnicas que exponemos a continuación:

NITRURACION EN SALES

Este proceso se realiza introduciendo las piezas en un medio líquido, llamado sales, compuesto normalmente de cianuros y cianatos en estado fundido.

Esta técnica presenta como dato destacable que la capa de combinación posee unas buenas propiedades de tenacidad, siendo relativamente reducido su tiempo de proceso.

En cuanto al sistema, podemos decir que presenta poca versatilidad, pues la temperatura viene ya prefijada en torno a los 570º C.

También este compuesto de sales en sí origina dificultades en la limpieza posterior de las piezas, sobre todo con los agujeros pequeños, y además las superficies pulidas pierden esta condición.

NITRURACION GASEOSA

Este tipo de nitruración se lleva a cabo en hornos comunes con atmósferas nitrurantes a presión atmósferica y temperaturas comprendidas entre 470 y 550º C aproximadamente.

El aporte de nitruros se efectúa mediante la ruptura molecular del amoníaco.

Digno de mención es el largo tiempo de proceso necesario, así como la fragilidad de la capa de combinación obtenida.

NITRURACION IONICA

La nitruración iónica se realiza en un tipo de hornos preparados para aplicar un alto voltaje y una alta presión. Los valores de temperatura deben estar dentro del intervalo 400-580º C. Los gases utilizados son el nitrógeno, metano e hidrógeno entre otros.

Este sistema presenta el inconveniente que es necesario saber y dominar la técnica, siendo la colocación de las piezas en el horno un factor "clave", pues está directamente relacionado con la geometría de las mismas. En orificios es verdaderamente complicado obtener la nitruración deseada.

NITRURACION A PRESION

En la actualidad se está comenzando a utilizar una nueva técnica en HORNOS de VACIO, denominada NITRURACION A ALTA PRESION porque su aplicación se realiza entre 2 y 20 bars de presión.

Este sistema tiene la ventaja de trabajar con nuevas tecnologías no contaminantes, por lo cual la calidad superficial de las piezas tratadas con técnicas de VACIO es excelente.

Además de la limpieza que nos proporciona esta técnica aplicada en HORNOS de VACIO queremos citar la reducción de tiempo en el proceso, la posibilidad de nitrurar piezas pequeñas y a "granel", así como la eliminación de problemas para nitrurar cualquier tipo de orificios que puedan tener las piezas con necesidad antidesgaste.

Acero AISI h-13 nitrurado a alta presión

NITRURACIÓN DE DIFUSIÓN POR PLASMA

El tratamiento de difusión por plasma es un proceso de tratamiento termo-químico por el cual se modifica de forma intencionada la composición química de la superficie de la pieza a tratar, mediante la adición o eliminación difusional de elementos tales como el Nitrógeno e Hidrógeno entre otros.

Esta tecnología de nitruración se aplica en hornos de VACIO con cámara eléctrica y térmicamente aislada, la cual se llena con los elementos (gases) antes citados para ser sometidos a presiones previamente estudiadas. A continuación se activa eléctricamente el plasma, que junto con la influencia de la presión y temperatura, inducen un cambio controlado en la superficie de la pieza. De esta forma se consigue lo que sencillamente llamamos nitrurar.

Como dato a destacar en este tipo de nitruración indicaremos que la estructura de la capa nitrurada, es decir, la composición, espesor y dureza, se puede controlar y ajustar para cada aplicación.

Finalmente, y refiriéndonos a las técnicas anteriormente expuestas de forma simple y coloquial, sin entrar en tecnicismos más complicados (no es ese el cometido de este manual), queremos señalar que el espesor de capa nitrurada dependerá del acero a tratar y de los parámetros del proceso realizado.

En aceros altamente aleados este espesor está limitado a un máximo de 0,3 mm. y en aceros poco aleados se puede llegar incluso a 1 mm.

La dureza superficial obtenida dependerá de los elementos de aleación del acero y del tratamiento previo (temple y revenido).

Insertos para forja en material H-13 nitrurados.

RECUBRIMIENTOS DUROS

Otra opción para incrementar la dureza superficial de los aceros es la aplicación de unas pocas micras de un recubrimiento duro, como pueden ser el TITANIO, WOLFRAMIO, CROMO o CERÁMICAS TIPO ALUMINA u ÓXIDO DE CIRCONIO, los cuales se aplicarán o depositarán encima de la superficie a recubrir mediante los métodos más conocidos de recubrimiento como son el CVD y el PVD.

PROCESO CVD (Chemical Vapour Deposition)

Se lleva a cabo por vía química y exige normalmente altas temperaturas de utilización, siendo lo más habitual entre 900 y 1.000 º C, dependiendo del compuesto que se quiera depositar.

Este proceso es el más utilizado para recubrir carburos sinterizados, pero es poco recomendable en ACEROS RAPIDOS o de UTILLAJE debido a que las altas temperaturas de aplicación originan muchas deformaciones y un cambio de estructura importante en el acero, que requiere un tratamiento térmico posterior para recuperar su estado estructural.

PROCESO PVD (Physical Vapour Deposition)

Se efectúa por vía física, siendo normalmente la temperatura de aplicación inferior a los 500º C.

El proceso PVD es el más utilizado en ACEROS ALEADOS por su baja temperatura de aplicación, la cual proporciona una variación dimensional a las piezas a recubrir casi nula.

La principal característica que distingue a los procesos CVD y PVD es la diferencia de temperatura de aplicación, además de otras particularidades.

La dureza de esta capa depositada podemos decir que está en un rango de 1.500 a 3.000 HV.

Los espesores de recubrimiento aplicado desde la capa sencilla hasta la multicapa oscilan entre 2 y 5 micras de espesor.

Sección metalográfica de un acero recubierto de TiN.

Fresa madre en acero rápido con recubrimientos duros presenta un aumento considerable en su rendimiento.