El CTM aborda cómo elegir el recubrimiento más adecuado para la herramienta

Cada vez más se recurre a los recubrimientos para conferir a las herramientas mayores propiedades y versatilidad. Para analizar en qué punto de encuentra el ámbito de los tratamientos superficiales el Centre Tecnològic de Manresa (CTM) organizó, a finales de octubre, un seminario técnico titulado ‘Recubrimientos para herramientas de conformado’ en el que los asistentes pudieron conocer de cerca algunos de los estudios más recientes realizados al respecto.

Los recubrimientos se aplican cada vez más en infinidad de sectores más allá del sector metalmecánico: biomédico, energético, para la construcción, etc., conscientes de las propiedades que aporta, destacando especialmente su uso en la automoción y no sólo en las herramientas sino también en piezas finales. Así abrió Jaume Caro, técnico especialista del Área de Tecnología de Materiales y Fabricación Avanzada del Centre Tecnològic de Manresa (CTM) su exposición en el seminario organizado a finales de octubre en la sede del centro, basado en recubrimientos para herramientas de conformado.

Junto a Jaume Caro participaron también Daniel Casellas, director del Área de Tecnología de Materiales y Fabricación Avanzada del CTM; Jordi Garza, responsable gestor de Proyectos Consorciados en CTM; Mireia Fageda, gestora de Proyectos TECNIOspring (Acció); el profesor Luis Llanes, de la Universitat Politécnica de Catalunya (UPC); la Dra. Giselle Ramírez, del Área de Tecnología de Materiales y Fabricación Avanzada del CTM; y el Dr. Arnd Müller, responsable del Laboratorio de Metrología y Recubrimientos de Oerlikon Balzers Liechtenstein.

Daniel Casellas, encargado de abrir la sesión, puso especial interés en trasladar a los asistentes —ingenieros, técnicos en empresas de mecanizado e investigadores— hasta qué punto es importante para el CTM trasladar el trabajo de laboratorio al ámbito industrial. En la misma línea se expresó Jordi Garza, cuyo trabajo en el CTM es precisamente impulsar la “investigación aplicada, siempre de la mano de las empresas, orientada al mercado”.

Un centro para la industria

La filosofía del CTM se basa principalmente en trabajar con las empresas para desarrollar soluciones más allá del laboratorio, en casos reales. Así, actualmente cuentan con unos 250 clientes activos, desarrollan unos 300 proyectos anuales y trabajan para sectores tan variados como la sostenibilidad, agua, simulación de procesos, automoción, minería, mejora de procesos en plantas industriales, etc.

Caro hizo un repaso exhaustivo a los equipos instalados en el centro para abordar las problemáticas reales con que se encuentran las empresas, poniendo de relieve que “las exigencias que las herramienta deben cumplir, muchas y muy variadas en el sector industrial, a menudo no son posibles con el propio material. Aquí es donde entran en juego los recubrimientos, que les deben aportar las características demandas”. En este sentido, apuntó que “los recubrimientos PVD son una buena solución para muchas de estas necesidades. Utilizado inicialmente para endurecer el material, existen diferentes técnicas para aplicar el PVD aunque, en el ámbito industrial, se utilizan básicamente dos que trabajan mediante la deposición por vacío o plasma a baja presión: el arco catódico por evaporación y el llamado ‘sputtering’ —donde la evaporación es mediante argón que bombardea directamente la pieza—”.

El especialista del CTM expuso también los beneficios de los recubrimientos DLC (carburo cuasi diamante) en los que el centro está trabajando y que permite combinar la dureza del diamante con la baja fricción del grafito, incrementando la resistencia al desgaste y la corrosión, reduciendo la energía superficial y aumentando la conductividad térmica. “Además es un recubrimiento inerte, por lo que es biocompatible y estable, térmicamente, hasta los 450 °C”. Este tipo de recubrimientos son especialmente aplicables en herramientas, moldes y matrices, implantología, relojería, etc. Y, incidiendo especialmente en el tema del seminario, Caro apuntó que “los recubrimientos DLC son especialmente interesantes para herramientas de conformado puesto que es un recubrimiento autolubricante y muy resistente al desgaste”.

La dra. Giselle Ramírez fue la encargada de exponer los resultados del trabajo realizado durante su estancia, como investigadora del CTM, en Oerlikon Balzers Liechtenstein: “Recubrimientos de herramientas de acero para aplicaciones de conformado: la importancia de la microestructura del substrato”. Es decir, cómo afecta la microestructura del substrato de la pieza sobre el recubrimiento. Así, expuso que “las herramientas de conformado sobren los efectos de desgaste por adhesión de materiales y también por deslizamiento. Ello afecta al rendimiento de ésta y, por lo tanto, su vida útil”. En este sentido, el trabajo realizado por Ramírez en Oerlikon Balzers fue buscar cómo resolver estos inconvenientes mediante las técnicas de recubrimiento. “El primer paso fue identificar las combinaciones del substrato + recubrimientos más eficientes”. Para ello se eligieron diferentes recubrimientos posibles y 6 substratos con diferentes niveles de carbono y método de obtención”. En este punto, la investigadora apuntó que “si bien no existen grandes diferencias entre una pieza con acabado superficial convencional y una recubierta cuando el substrato contiene un alto nivel de carburos, sí se dan cuando la pieza es de material pulvimetalúrgico”. Asimismo determinaron que “cuanta más dureza presente la pieza, por las aleaciones del substrato, mayores protuberancias, microscópicas, aparecerán a la hora de pulirla y éstas se reproducen al aplicar el recubrimiento”.

También el profesor Luis Llanes se refirió extensamente al tema de la relación substrato-recubrimiento. En su intervención explicó que “a menudo los recubrimientos, cuyos beneficios se conocen en operaciones de corte, no se explotan en todo su potencial en trabajos de conformado pese a que pueden ayudar a resolver muchas exigencias”. En este sentido, apuntó que las condiciones de servicio de la herramienta y el sustrato base, que en muchas ocasiones es blando, entras otras limitaciones, determinan los requerimientos a demandar a los recubrimientos: “Por ejemplo, no sólo se exige dureza, también tenacidad, que pueda re-recubrirse la herramienta por el alto coste de ésta, que sean resistentes a los impactos, a la fatiga, la temperatura…”.

Por ello, el profesor Llanes expuso que el análisis de recubrimientos en laboratorio son condiciones “poco reales, a modo de controles de calidad y, lo que es más importante, no tienen en cuenta el sustrato. Hasta ahora”. El estudio al que se refirió analiza los comportamientos de los recubrimientos sobre sustratos de metal duro o carburos cementados, a modo de materiales compuestos. “El análisi supuso el uso de un indentador esférico sobre diferentes materiales sin y con recubrimiento y estudiar el comportamiento de la pieza”. “En resumen —añadió— los diferentes sustratos suponen distintos comportamientos y por más dura que se la herramienta, en trabajos de fatiga como es el caso del conformado, la resistencia a la rotura se reduce considerablemente”. Para el profesor Llanes, el estudio ha permitido determinar que el comportamiento del sustrato más el recubrimiento puede ser muy diferente en un ciclo, como sería en trabajos de impacto, que en fatiga, con trabajos repetitivos.

A modo de conclusión, Luis Llanes acabó su ponencia explicando que “antes de elegir la combinación de recubrimientos sobre metal duro es necesario saber qué fuerzas se aplican a la herramienta, cuáles son los mecanismos de ‘daño’, qué factores son críticos en el trabajo a realizar”. “A diferentes factores muy posiblemente obtendremos diferentes combinaciones de sustrato/recubrimiento”.

Arn Müller, responsable del laboratorio de recubrimientos y metrología de Oerlikon Balzers en Liechtenstein, repasó el potencial tecnológico que ofrece la empresa.