¿Qué es el recubrimiento de carbono tipo diamante? Esto es lo que los diseñadores de productos deben saber

¿Es usted un diseñador de productos que busca crear piezas o componentes que hagan contacto con otras piezas o ensamblajes, o planea crear productos que estarán expuestos a productos químicos o entornos agresivos? Si es así, debe elegir un material con características de alto desgaste y resistencia química.

Sin embargo, aunque varios materiales de ingeniería tienen una resistencia al desgaste y propiedades químicas impresionantes, estos materiales generalmente no salen baratos. Por lo tanto, los diseñadores y fabricantes de productos de primer nivel mejoran las propiedades de los metales normales utilizando procesos especiales de acabado de superficies, como el recubrimiento de carbono tipo diamante.

Revestimiento de carbono tipo diamante (DLC) se forma cuando se ioniza, y el carbono descompuesto se deposita en la superficie de un sustrato a alta energía. Este recubrimiento mejora las propiedades del sustrato (como la resistencia a la abrasión, la resistencia a la corrosión y el coeficiente de fricción), lo que lo hace ideal para una amplia variedad de aplicaciones.

En este artículo, volveremos a los conceptos básicos del recubrimiento similar al diamante. También cubriremos los tipos y aplicaciones de estos recubrimientos en varias industrias. ¡Empecemos!

Figura 1:un sustrato de metal con revestimiento de carbono tipo diamante

Comprensión del revestimiento similar al diamante

Cuando escuche la frase "revestimiento similar al diamante" por primera vez, es probable que se pregunte cómo se procesa el diamante (una de las sustancias naturales conocidas más duras) para utilizarlo como material de revestimiento.

Pero no deberías pensar en DLC de esta manera. En su lugar, desea pensar en el elemento químico esencial que hace que el recubrimiento similar al diamante sea tan único, que es el carbono. El carbono es tetravalente, lo que significa que tiene cuatro electrones disponibles para formar enlaces con otros átomos. El número de enlaces formados y la disposición de estos enlaces determinan las propiedades que poseerá un compuesto de carbono.

Por ejemplo, la estructura molecular de un diamante presenta varios átomos de carbono, que tienen cuatro electrones que forman enlaces moleculares con otros átomos de carbono. En contraste, los átomos de carbono en la estructura molecular del grafito utilizan solo tres de estos electrones para formar enlaces moleculares entre sí. Esta ligera variación es lo que hace que los cristales de diamante sean muy duros y los grafitos muy blandos.

Figura 2:Enlace molecular en diamante y grafito Fuente:WikiMedia Commons

La película de carbono similar al diamante está hecha esencialmente de átomos de carbono, como el diamante y el grafito. Sin embargo, una película DLC combina la estructura atómica del diamante y el grafito, lo que significa que presenta varios átomos de carbono y utiliza tres y cuatro de los electrones de los átomos para formar enlaces moleculares. Como resultado, DLC tiene una combinación de las propiedades del diamante y el grafito.

Características del revestimiento tipo diamante

Coeficiente de fricción bajo #1

El coeficiente de fricción (también llamado coeficiente de fricción) es un número adimensional que los ingenieros usan para describir qué tan bien un material (o producto) resiste la fricción cuando se desliza sobre otra superficie.

Los recubrimientos DLC tienen un coeficiente de fricción muy bajo que oscila entre 0,015 y 0,2. Como resultado, las piezas (o ensamblajes) recubiertas con DLC generalmente requieren menos energía para mantener un proceso (u operación mecánica). Esto los hace extremadamente útiles en aplicaciones en las que es necesario mover piezas, como la industria automotriz, los talleres mecánicos y la industria aeroespacial.

Más información:Comprensión de cómo los fabricantes fabrican piezas aeroespaciales.

#2 Excelente resistencia a la abrasión

La abrasión describe el desgaste (desgaste o frotamiento) de partes de un material debido a la fricción. Suele ser indeseable e inevitable en operaciones mecánicas. El único trabajo a su alrededor es encontrar un material con alta resistencia a la abrasión para una necesidad de aplicación particular.

Los metales recubiertos con DLC ofrecen una alta resistencia a la abrasión en comparación con los metales normales. Para darle una idea del nivel de abrasión que ofrecen los recubrimientos DLC, consideremos la Figura 3, que muestra una prueba de resistencia a la abrasión realizada en dos metales.

Figura 3:Prueba de resistencia al desgaste (o abrasión) en material recubierto de carbono tipo diamante

Suponga que la primera parte de metal no tiene recubrimiento adicional mientras que el otro metal está recubierto con DLC. En tal escenario, si coloca un indentador en los dos materiales (usando la misma fuerza), notará que la superficie recubierta con DLC no raya tanto como la superficie sin recubrimiento. Esta característica única hace que las piezas recubiertas con DLC sean útiles en piezas de desgaste de motores de automóviles, inyectores y aplicaciones de joyería.

#3 Resistencia a la corrosión

Los recubrimientos DLC ofrecen resistencia a la corrosión, lo que los hace ideales en aplicaciones donde las piezas estarán expuestas a ambientes húmedos o agresivos (por ejemplo, tuberías y componentes aeroespaciales).

#4 Estética

El recubrimiento DLC se destaca de otros tipos de recubrimiento porque protege las piezas metálicas contra las atmósferas agresivas y garantiza poco o ningún cambio en la apariencia estética de la pieza. Además, puede lograr una atractiva gama de colores desde el antracita hasta el negro intenso mediante el proceso de recubrimiento DLC.

Tipos de recubrimiento DLC

Los recubrimientos DLC vienen en diferentes tipos, según el metal (o no metal) agregado a su estructura química. Por ejemplo, los recubrimientos DLC dopados con metal son simplemente aleados con DLC con metales como titanio, molibdeno, tungsteno, aluminio y cromo. Por el contrario, los tipos de DLC dopados sin metales incluyen DLC de silicio, DLC de flúor y DLC de nitrógeno.

Figura 4:Recubrimiento de DLC dopado con silicio sobre un sustrato de metal

La elección ideal del revestimiento DLC aleado dependerá de los requisitos de su aplicación. Por ejemplo, los recubrimientos DLC con aleación de titanio son ideales para aplicaciones médicas debido a sus excelentes propiedades tribológicas, bioinercia e inercia química. Por el contrario, los recubrimientos DLC con aleación de silicona son ideales para herramientas de corte, bloques de motor, pistones y engranajes.

Figura 5:Piezas de pistón y cilindro con recubrimiento DLC

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Servicios de recubrimiento DLC:Gensun puede ayudar

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