Por medio del recubrimiento con películas delgadas —nanómetricas— de nitruro de tungsteno y titanio (WTiN) se mejoran las propiedades, particularmente de resistencia, de herramientas industriales como buriles, brocas, troqueles y punzones. 

Este recubrimiento cerámico es ideal para superficies que permanecen en contacto con otros materiales, además se destaca por su alta resistencia a la corrosión.

El nitruro de tungsteno y titanio se caracteriza por tener muy buenas propiedades mecánicas y tribológicas, como fricción, desgaste y lubricación durante el contacto entre superficies sólidas en movimiento, características que permiten que las herramientas industriales tengan una mayor protección.

La unión de tungsteno, titanio y nitrógeno aumenta la vida útil de los elementos a los que se adhiere, entre ellos las brocas o troqueles, que hacen esfuerzo de fricción.

Así lo destacó Ricardo Felipe Londoño Menjura en su trabajo para la Maestría en Ciencias-Física de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.) Sede Manizales, después de sintetizar y caracterizar películas de este material.

Análisis y evaluación

El estudiante indicó que la difracción de rayos X y la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), que determinan la estructura y composición química del material, fueron las técnicas utilizadas para caracterizar 20 muestras de WTiN.

Además, con la técnica de microscopía de fuerza atómica (AFM), logró caracterizar morfológicamente las películas (rugosidad, homogeneidad, tamaño del grano).

“Posteriormente, se realizaron las evaluaciones tribológicas de adhesión y deslizamiento. Estas se efectuaron mediante técnicas que determinaron que hubo una mejora en los materiales, después de variar su temperatura y su voltaje de polarización”, explicó el investigador.

El estudiante Londoño Menjura puntualizó que teniendo en cuenta los resultados obtenidos se puede decir que las condiciones óptimas de síntesis para las aplicaciones son: temperatura de 200 °C, una presión de 0,27 Pa y un voltaje de polarización en el sustrato (Bias) de 9 V.

Igualmente, determinó que con el fin de conseguir un espesor constante para todos los recubrimientos, se sintetizan películas durante cinco minutos de tiempo de descarga.

Por otro lado, al utilizar la reflectividad de los rayos X, estableció la tasa en la cual se deposita el material en cada tipo de película. “Al realizar este procedimiento, es posible calcular el tiempo de descarga necesario para conseguir filmes de 200 nm de espesor, el cual es constante en todos los recubrimientos”, concluyó.

Este trabajo se realizó bajo la supervisión de la docente Elisabeth Restrepo Parra, del Departamento de Física y Química de la U.N. Sede Manizales.

En estudios futuros se espera medir la dureza de las muestras, para analizar a profundidad la relación entre las propiedades tribológicas y las mecánicas.

Adicionalmente, el estudiante busca realizar diferentes tratamientos térmicos a los recubrimientos, con el fin de observar el resultado de caracterizaciones antes y después de estos.