Effect of Substrate Heat Treatment on the Tribological Performance of $MoS_{2}$+Ni and DLC Coatings Deposited on Tool Steels

Imagina el mundo de la fabricación como una gigantesca pista de baile de alto riesgo donde las herramientas metálicas y el plástico caliente están constantemente girando, moliendo y presionándose entre sí. En este salón de baile caótico, las herramientas son los bailarines principales, y si se calientan demasiado, se rayan demasiado o se vuelven demasiado pegajosas, todo el espectáculo se desmorona. Este es el mundo de la tribología, la ciencia de cómo las superficies rozan entre sí. Para que el baile continúe sin problemas, los ingenieros utilizan recubrimientos: capas finas e invisibles de materiales especiales pulverizadas sobre las herramientas para hacerlas más duras o más resbaladizas. Piensa en estos recubrimientos como un nuevo par de zapatos de baile: algunos están hechos de un cuero súper resistente para proteger tus pies de recibir golpes (resistencia al desgaste), mientras que otros están recubiertos con una cera resbaladiza para ayudarte a deslizarte sin tropezar (bajo rozamiento). Pero aquí está el truco: incluso los mejores zapatos no funcionarán si el suelo debajo de ellos es inestable o irregular. El "suelo" en esta historia es la propia herramienta metálica, y cómo ha sido tratada antes de que se le pongan los zapatos importa tanto como los zapatos mismos.

Este artículo profundiza en un duelo de baile específico entre dos tipos de "zapatos" (recubrimientos) y cuatro formas diferentes de preparar el "suelo" (el acero de la herramienta). Los investigadores querían ver qué combinación permitiría que las herramientas bailaran durante más tiempo sin tropezar. Probaron dos recubrimientos famosos: DLC (Carbono tipo Diamante), que es como una bota súper dura y con incrustaciones de diamante diseñada para aplastar cualquier cosa en su camino, y MoS2+Ni, una mezcla de disulfuro de molibdeno que actúa como un lubricante sólido, permitiendo que las superficies se deslicen una sobre otra con casi ninguna resistencia. Los probaron sobre dos aceros para herramientas comunes (AISI P20+Ni y AISI 420) que habían sido tratados de diferentes maneras: sin tratar, endurecidos mediante templado (quenched), endurecidos químicamente (Tenifer), o ambos.

Los resultados fueron un relato de dos fuerzas diferentes. El estudio descubrió que si quieres que tu herramienta sea increíblemente resbaladiza y reduzca la fricción al mínimo absoluto, el recubrimiento MoS2+Ni es el campeón indiscutible. Al colocarse sobre una herramienta que había sido tanto templada como tratada químicamente, alcanzó un coeficiente de fricción tan bajo como 0.0710 en el acero P20 y 0.0851 en el acero 420. Era como poner la herramienta en una pista de hielo; simplemente se deslizaba. Sin embargo, si tu objetivo es evitar que la herramienta se raye o se abolle cuando recibe un golpe fuerte, el recubrimiento DLC es el héroe. Gracias a su dureza, que era aproximadamente un 50% mayor que la mezcla de MoS2+Ni, el recubrimiento DLC resistió mucho mejor los rayones profundos, especialmente cuando la herramienta debajo estaba endurecida.

Curiosamente, el artículo sugiere que el "suelo" (el tratamiento del sustrato) importa más que los "zapatos" cuando se trata de detener los rayones. Los investigadores midieron la profundidad de los rayones y descubrieron que simplemente endurecer el acero mediante el templado redujo la profundidad del rayón aproximadamente un 65% para el acero P20 y un 70% para el acero 420 en comparación con las herramientas sin tratar. Aunque el tratamiento químico Tenifer ayudó un poco, no fue tan efectivo como el tratamiento térmico. El estudio concluye que no existe una única herramienta "perfecta". En cambio, si necesitas minimizar la fricción y la pérdida de energía, debes elegir el resbaladizo recubrimiento MoS2+Ni sobre un acero bien tratado. Pero si necesitas evitar que la herramienta sufra daños físicos por cargas pesadas, el resistente recubrimiento DLC sobre un acero endurecido es la mejor opción. El artículo no pretende haber resuelto todos los problemas de fabricación, pero claramente traza el mapa de qué herramienta elegir para cada trabajo, demostando que el secreto para una herramienta duradera es combinar el recubrimiento adecuado con la base adecuada.