EuroWire January 2015

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Artículo técnico
Enera de 2015 74
3 Caracterización y
análisis de las hileras
con revestimiento
compuesto
de diamante
nanocristalino
(nano-dies)
Las Figuras 2a y 2b muestran la morfología
superficial de los revestimientos de
diamante policristalino convencional y
nanocristalino. La película de diamante
policristalino convencional ilustrada en
la Figura 2a muestra una superficie de
diamante microcristalino bien facetada
con grano de tamaño entre 2 y 4μm. La
superficie es muy rugosa y consiste en
una combinación de orientaciones en los
planos {111} y {110}. En cambio, la película
de diamante nanocristalino ilustrada en
la Figura 2b resulta muy densa, con una
morfología de grano fino (tamaño del
grano de aproximadamente 50nm). La
morfología superficial no es facetada
y es más lisa que la de las películas de
diamante policristalino.
La Figura 3 muestra el espectro de Raman
de los revestimientos compuestos de
las películas de diamante policristalino y
diamante nanocristalino. Para las películas
de diamante policristalino convencionales,
el único pico agudo característico del
diamante (carbono sp3) aparece en
1.332cm-1. Para las películas de diamante
nanocristalino, un pico característico para
el diamante (carbono sp3) aparece en
1.339cm-1.
Un amplio pico cerca de 1.580cm-1
corresponde a carbono amorfo o carbono
no diamante (carbono sp2). Se puede
deducir que la película de diamante
policristalino convencional contiene una
cantidad muy inferior de componente no
diamante. Para el diamante nanocristalino,
la banda de diamante en 1.332cm-1
es significativamente más amplia, y la
intensidad de la dispersión Raman en
1.560cm-1 es marcada.
El ensanchamiento de la banda del
diamante es consecuencia de la
disminución del tamaño del grano a escala
nanométrica, y la presencia de intensidad
de dispersión en 1.560cm-1 se debe al
aumento de componentes con hibridación
sp2 tipo grafito o carbono amorfo en los
bordes de grano de las películas.
La dispersión de Raman es entre 50 y
60 veces más alta para el carbono con
hibridación sp2 que para el carbono
con hibridación sp3, por tanto, el
componente diamante predomina en
las películas. El espectro de Raman de la
película de diamante nanocristalino en
la Figura 3 puede ser considerado como
la representación de la superficie de la
película compuesta de diamante porque el
espectro de Raman muestra la estructura
del estrato superior de la película.
Los perfiles de las superficies del
revestimiento policristalino conven-
cional y del revestimiento compuesto de
diamante nanocristalino fueron probados
con el mismo espesor en cinco sitios
de muestreo con un rugosímetro, y los
resultados de la rugosidad superficial
(Ra) fueron respectivamente 309,64nm y
104,71nm. Por comparación, la rugosidad
(Ra) del revestimiento compuesto de
diamante nanocristalino puede alcanzar
unos 30nm o incluso valores inferiores
después del pulido mecánico.
Según la caracterización y el análisis,
el revestimiento de diamante nano-
cristalino presenta una superficie más
lisa cuando el tamaño del grano es de
aproximadamente 50nm, que es mucho
inferior respecto a los revestimientos de
diamante policristalino convencionales.
Esto representa una ventaja para el
pulido superficial de los revestimientos
de diamante. Por lo tanto, las hileras con
revestimientos compuestos de diamante
nanocristalino (nano-dies) pueden ser
fabricadas fácilmente, ver la Figura 4
(con cuerpo de la hilera), para cumplir
los requisitos de excelente resistencia al
desgaste, acabado de altísima calidad, y
bajo rozamiento con el aluminio.
4 Pruebas de aplicación
de hileras de diamante
nanocristalino en el
trefilado de alambre
de aluminio
4.1 Pruebas convencionales de
aplicación de hileras de diamante
nanocristalino en el trefilado de
alambre de aluminio
Se prepararon hileras de diamante
nanocristalino (nano-dies) con varias
especificaciones (diámetro interno inferior
a 4mm) para el trefilado de alambre de
aluminio usando la tecnología para los
revestimientos compuestos de diamante
nanocristalino descrita arriba y la sucesiva
tecnología de pulido. Según pruebas
prácticas de trefilado de alambre de
aluminio y alambre de aluminio esmaltado
realizadas en líneas de producción de
clientes en China, los revestimientos
compuestos de diamante nanocristalino
muestran características de adhesión
muy buenas, resistencia al desgaste y un
rozamiento superficial mucho más bajo.
Las hileras de diamante nanocristalino
se revelaron aproximadamente entre un
10% y un 25% más duraderas con una
velocidad de trefilado de unos 15m/s;
esto significa que esta tecnología no sólo
permite ahorrar en el coste de la hileras,
sino también reducir ampliamente los
tiempos de cambio (solamente un 4%
respecto al 10% del proceso anterior) y,
por lo tanto, aumentar drásticamente la
productividad.
Gracias al coeficiente de rozamiento
entre el revestimiento de diamante
nanocristalino de las hileras y el conductor
de aluminio (de sólo un 0,09 aprox.), el
uso de estas hileras puede obviamente
mejorar el acabado superficial de los
productos trefilados y evitar el desgaste
causado por el aluminio en las hileras de
trefilado.
La gran resistencia al desgaste del
revestimiento de diamante nanocristalino
de la hileras permite obtener alambre
con diámetro uniforme y ahorrar materias
primas hasta en un 1~2%. Además, las
hileras de diamante nanocristalino son
indicadas para el trefilado de alambre a
alta velocidad y los procesos de trefilado
de alambre “sin decapado” respetuosos
con el medioambiente.
4.2 Lubricación con agua aplicada
al trefilado de alambre de
aluminio, cable coaxial y tubo
compuesto de aluminio-plástico
con hileras revestidas de diamante
nanocristalino
La hileras de diamante nanocristalino
estudiadas en este artículo presentan otra
▲
▲ Figura 5: Uso de la lubricación con agua en
el proceso de trefilado de tubo compuesto de
aluminio-plástico con hileras de diamante
nanocristalino y aspecto del producto de aluminio
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