Recubrimientos de carburos ternarios depositados con la técnica TRD

Abstract

En esta investigación se depositaron en primera instancia carburos de binarios de niobio (NbC), de vanadio (V8C7) y de Cromo (Cr23C6, Cr7C3) sobre dos aceros para herramientas: AISI D2 y AISI H13, utilizando el proceso de deposición por difusión termorreactiva (TRD). El tratamiento fue realizado en baños de sales compuestos por bórax fundido, aluminio y las respectivas ferroaleaciones (Fe-Nb, Fe-V y Fe-Cr) respectivamente. Luego se realizaron tratamientos TRD sobre los mismos aceros, pero esta vez combinado dos ferroaleaciones para obtener carburos ternarios de Nb-V, Cr-Nb y Cr-V o combinaciones binarias de carburos y estudiar el desempeño tribológico y electroquímico de dichos sistemas. Los tratamientos fueron realizados inicialmente trabajando a 950, 1020 y 1090ᵒC durante 2, 3, 4 y 5 horas con el objetivo de obtener información acerca de la cinética de crecimiento de los diferentes carburos. Como los carburos presentaron buenos espesores y gran uniformidad a una temperatura de 1020 °C durante 4 horas esos fueron los parámetros tenidos en cuenta para realizar los estudios de caracterización. Para medir el espesor y caracterizar la morfología de los recubrimientos se utilizó microscopia electrónica de barrido (SEM). Las fases presentes, el tamaño del cristalito y las microdeformaciones fueron determinadas a través de la difracción de rayos X (XRD), la fluorescencia de rayos X (XRF) permitió conocer la composición química elemental y para conocer el estado de oxidación y confirmar la presencia de carburos y óxidos en los recubrimientos se utilizó la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Se midió la dureza por medio de la nanoindentación y las propiedades tribologícas fueron estudiadas a través de la pruebas de rayado (scratch) y Pin-on-disk. La resistencia a la corrosión de los carburos obtenidos fue medida a través de curvas de polarización potenciodinámica (velocidad de corrosión) y por espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) (resistencia a la corrosión). Todos los recubrimientos obtenidos confirmaron la presencia de carburos de los metales usados y presentaron buena regularidad en el espesor, altas durezas, buena resistencia al desgaste y exhiben un mejor comportamiento electroquímico que los aceros sin recubrimiento.

Abstract: Carbides layers of Niobium (NbC), vanadium (V8C7) and Chromium (Cr23C6, Cr7C3) were produced on AISI D2 and H13 steels by thermo-reactive treatments (TRD). The bath contains aluminum, borax and the corresponding ferroalloys (ferroniobium, ferrovanadium or ferrochromium). Then TRD treatments were performed on the same steels, but this time, two ferroalloys were add to the salt bath in order to produce ternary carbides of Nb-V, Cr-Nb and Cr-V or mixtures of binary carbides. A study of the electrochemical and tribological performance of these systems was done. The treatments were performed initially using three temperatures: 950, 1020 and four times:1090 ᵒ C for 2, 3, 4 and 5 hours with the purpose of obtaining information about the kinetics of growth of the different carbides. For the rest of the investigation, coatings prepared at 1020 ° C for 4 hours, were studied. For the thickness and morphology of the coatings, was used scanning electron microscopy (SEM), the phases present, the crystallite size and the micro-strain, were determined by x-ray diffraction (XRD), x-ray fluorescence (XRF) were use to get elemental chemical composition, to determine the oxidation state and confirm the presence of carbides and oxides in the coatings was used photoelectron spectroscopy x-ray (XPS), the hardness was measured by the nanoindentation and tribological properties were studied through scratch tests (scratch) and Pin-on-disk. The corrosion resistance of the carbides obtained was measured by potentiodynamic polarization curves (corrosion rate) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) (corrosion resistance). All coatings obtained confirmed the presence of carbides of the metals used, good regularity in the thickness, high hardness, good wear resistance and exhibit a better electrochemical behavior than uncoated steels.