O processo de usinagem é um tema de pesquisa de grande interesse por ser um processo relacionado à produção de peças de alta precisão e qualidade para diversos setores industriais. Um dos focos das pesquisas realizadas é a melhoria de processos, sendo um deles a criação e aplicação de revestimentos de ferramentas em diversas operações de usinagem. Esses revestimentos melhoram a produtividade do processo e a vida útil das ferramentas de usinagem, e novos revestimentos estão sendo desenvolvidos para uso em diversas aplicações de usinagem. Devido à incrível resistência ao desgaste e às altas propriedades mecânicas dos revestimentos de TiAlN em altas velocidades de processamento, boa estabilidade térmica e resistência à corrosão mesmo em temperaturas de processamento mais altas, os revestimentos de TiAlN ainda são muito comuns nas aplicações industriais atuais. Nesta revisão, os autores apresentam uma discussão abrangente sobre o uso de revestimentos à base de TiAlN, coletando e apresentando as informações mais recentes sobre o desenvolvimento desses revestimentos relevantes de forma estruturada e organizada.

O princípio de projeto dos revestimentos de ferramentas de usinagem é ajustar suas propriedades mecânicas, controlando sua composição e microestrutura, com base em suas propriedades mecânicas desejadas, para permitir que atendam aos requisitos de aplicação específicos. Uma variedade de designs de revestimentos diferentes estão disponíveis para diversos cenários de aplicação, conforme mostrado na Figura 1.

Diferentes tipos de problemas podem ser resolvidos escolhendo diferentes tipos de estruturas de revestimento, por exemplo, o uso de revestimentos multicamadas pode melhorar significativamente o desempenho da ferramenta em comparação com revestimentos de camada única. Por exemplo, os revestimentos multicamadas têm significativamente mais resistência ao crescimento de trincas do que os revestimentos de camada única. Além disso, o aumento do número de camadas também ajuda a melhorar propriedades como a dureza superficial da ferramenta. A Fig. 2 mostra o comportamento de propagação de fissuras superficiais de diferentes estruturas de revestimento.

Este artigo se concentra em novos revestimentos, demonstra revestimentos coletados de várias fontes e suas propriedades e mostra os mecanismos de desgaste comuns pelos quais esses revestimentos são detectados no torneamento e fresamento de diferentes ligas (incluindo aço, titânio e ligas à base de níquel). A análise desses mecanismos de desgaste fornece informações extremamente valiosas para a melhoria e otimização dos processos de usinagem. Ao usinar certos tipos de ligas com uma ferramenta revestida específica, isso pode ser identificado por tendências comuns de desgaste da ferramenta. A avaliação do comportamento de desgaste da superfície da ferramenta é normalmente caracterizada por MEV. Conforme mostrado na Figura 3 abaixo, o comportamento de desgaste da fresa revestida com TiAlN pode ser observado após a usinagem da liga Inconel.

A tendência de pesquisa de revestimentos à base de TiAlN concentra-se principalmente na modificação de revestimentos à base de TiAlN pela dopagem de alguns elementos, como Ru, Mo e Ta, nos revestimentos devido ao seu grande potencial para melhorar as propriedades mecânicas e de desgaste. A adição desses elementos também afeta a estrutura do revestimento, melhorando assim o comportamento de serviço do revestimento. Três revestimentos de TiAlN dopados com diferentes teores de rutênio podem ser observados na Fig. 4, e os resultados mostram que a estrutura dos revestimentos é mais uniforme com o aumento do teor de rutênio. Além disso, este artigo avalia as propriedades mecânicas de todos esses revestimentos, sendo que o revestimento à base de TiAlN com teor de rutênio 7% apresenta as melhores propriedades mecânicas. A pesquisa sobre esses elementos de dopagem é popular e tem grande potencial para melhorar o desempenho do revestimento de ferramentas. O artigo avalia os elementos de dopagem mais recentes e populares e descreve as métricas comuns de avaliação das propriedades mecânicas desses revestimentos (relacionadas ao comportamento de desgaste dos revestimentos), tais como: dureza, tenacidade, relação H/E (viscosidade) e atrito coeficiente. Esses valores também serão usados para a avaliação de novos nanocompósitos e revestimentos à base de nano-TiAlN.

Outra grande tendência na pesquisa de revestimentos de TiAlN é a criação de novas nanocamadas e revestimentos de ferramentas nanocompósitos, pois revestimentos mais finos podem melhorar significativamente o desempenho da aplicação na usinagem. Esses revestimentos foram demonstrados em vários processos de usinagem para melhorar as propriedades mecânicas e melhorar a estrutura e as propriedades do revestimento, especialmente suas propriedades de desgaste. Em relação ao mecanismo de desgaste do revestimento, o estudo constatou que os principais mecanismos de desgaste durante o processo de fresagem são o desgaste adesivo e o desgaste abrasivo, porém, o uso do nano-revestimento pode melhorar o dano adesivo sofrido pelo revestimento. Os revestimentos usados no processo de torneamento geralmente apresentam desgaste abrasivo e abrasão, e alguns revestimentos também exibem desgaste adesivo. No fresamento, o uso de revestimentos de nanocamadas e nanocompósitos melhora o desempenho de corte e a vida útil das ferramentas revestidas, e esses tipos de revestimentos superam os revestimentos convencionais baseados em TiAlN de camada única. A dureza e os valores de módulo de Young dos revestimentos à base de TiAlN nanoem camadas e nanocompósitos estão listados na Tabela 1.

Imagem SEM da face de saída de uma fresa de topo revestida com TiAlN usada para usinar ligas de Inconel, mostrando o desgaste do ligante e abrasivo (ampliação de 500X).
Seções transversais SEM de revestimentos de TiAlN com diferentes teores de rutênio: (a) 0%, (b) 7%, (c) 15%.
Valores de Dureza e Módulo de Young de Revestimentos Nanocamadas e Nanocompósitos à Base de TiAlN

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