Recubrimientos de 560 as producidos con el sistema de proyección térmica por arco

Abstract

Atendiendo la importancia en el desarrollo de nuevos recubrimientos para mejorar las propiedades de los materiales, en particular en las aplicaciones expuestas a desgaste abrasivo y corrosión, se ha estudiado el comportamiento del recubrimiento en acero inoxidable AS 560, similar a los aceros de la familia ASTM 420, aplicado sobre sustratos AISI/SAE 1045 y ASTM 316L, utilizando la técnica de rociado térmico por arco, orientado a la potencial recuperación dimensional de piezas utilizadas en ambiente marino. Fue realizado un diseño de experimentos del tipo Taguchi modificando las presiones de depósito, así como el voltaje de arco eléctrico y la corriente de aplicación de los recubrimientos. La caracterización microestructural se llevó a cabo mediante difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica (SEM), microscopía óptica y energía de dispersión (EDAX). Los recubrimientos presentan una estructura cristalina BCC con dureza en el orden de 540 HV, apropiadas para aplicaciones en algunos componentes navales. Por otra parte fueron realizados ensayos de corrosión mediante técnicas electroquímicas de polarización potencio dinámica, siguiendo las procedimientos descritos en la norma ASTM G3 G5 y G102 [1-3], y ensayos de desgaste por abrasión siguiendo las recomendaciones de la norma ASTM G-65 [4]. La microdureza de los recubrimientos varió entre 320 y 550 HVN en la superficie y entre 300 y 430 HVN en la proximidad del sustrato, evidenciando una tendencia descendente hacia el sustrato, explicable por la falta de homogeneidad del recubrimiento en la sección transversal. En los resultados de resistencia a corrosión se obtuvieron valores en el rango entre 0.0001856 y 0.0092348 mA/cm2 que son comparables con los presentados en la literatura, particularmente en los estudios realizados por Castelleti y colaboradores. El tipo de falla por corrosión es de delaminación del recubrimiento por difusión del electrolito desde la superficie del recubrimiento hasta la superficie del acero. El mecanismo de falla predominante es picadura y también se observa rendija. Las tasas de corrosión varían entre o.50 y1.418 mmpy El recubrimiento en AS560 muestra valores de protección contra corrosión para el sustrato AISI 1045 más no así para el ASTM 316L, ya que este último material debido a su naturaleza de acero inoxidable con mayor contenido de cromo, níquel y molibdeno,asi como una microestructura más homogénea, presenta un mejor desempeño al ambiente corrosivo utilizado en esta investigación. Los valores de los parámetros que se recomiendan para obtener una menor tasa de desgaste son corriente 120 amperios, voltaje 30 voltios y presión principal 3.2 bares, siendo la corriente el parámetro que mayor incidencia tiene, seguido por el voltaje. La tasa de desgaste se evaluó mediante el cálculo del coeficiente de desgaste K, de acuerdo con la ecuación de Archard. Este valor varió entre 0.00113806 y 0.000780707 mm3/N-m. Los anteriores valores son comparables con otras investigaciones que relacionan la resistencia al desgaste abrasivo y los parámetros de aplicación del recubrimiento. Sin embargo, son mayores a los obtenidos para los sustratos. Los modos de desgaste corresponden a abrasión, desgaste por fatiga superficial y delaminaciòn por contacto entre tres cuerpos. Los micromecanismos de desgaste abrasivo son microcorte, microfractura y microsurcado. Los valores recomendados de los parámetros estudiados, para disminuir el desgaste, son: voltaje 34 voltios, corriente 185 amperios y presión principal 4 bares. Se observa que entre mayor voltaje y presión, la resistencia al desgaste es mayor. En el caso de la presión principal de atomización, se obtuvieron valores bajos de desgaste para presiones cercanas a 4 bares. Este recubrimiento también mejora la resistencia a desgaste del sustrato AISI 1045, mientras en el caso del ASTM 316L aunque la diferencia entre la resistencia al desgaste del sustrato y la del recubrimiento es menor, también es una buena alternativa. De acuerdo con lo anterior, la aplicación de recubrimientos en el material comercial AS560 no es una buena alternativa para obtener una protección duradera en el ambiente marino, debido a su relativamente alta velocidad de corrosión, sin embargo pueden constituir una alternativa interesante desde el punto de vista económico, para la recuperación dimensional de componentes deteriorados, previa verificación de su integridad estructural.

Abstract. The claim (needless) for the development of new coatings aimed to the improvement of materials properties , mainly(particularly) in sea environment applications, where components are subjected to abrasive wear and corrosion, has motivated the material engineers to study stainless steel coating AS560 performance, a kind of coating similar to ASTM 420 stainless steel family, applied over AISI SAE 1045 and ASTM 316L substrates, using thermal arc spray technology. The main objective is the dimensional recovery of such a components above mentioned. It was developed a design of experiments (DOE) of Taguchi kind, taking the voltage, current and principal atomization pressure like parameters. Micro structural characterization was done by using X-ray diffraction analysis (XRD), light microscopy, and x-ray Dispersive energy (EDS). It was found that coatings show a BCC crystalline structure with micro hardness ranking in 540 HV, a value similar to some marine components. On the other hand, potentiodynamic polarization corrosion testing according ASTM G3, G5, and G102 standards were performed.[1-3] Wear resistant were determined by three body abrasion ASTM G-65 testing [4]. Coatings micro hardness ranked between 320- 550 HVN on the surface and 300-430 HVN near the substrate. This difference is due to coating inhomogeneity in the cross section. Corrosion resistance results show values between 0.0001856 and 0.0092348 mA/cm2, similar to that obtained by Castelleti et al for similar material. Corrosion failure mode is coating delamination caused by electrolyte diffusion from coating surface toward substrate following coating defects like porosity and voids, and corroding mainly metastable iron oxides formed during coating process. Failure mechanism is mainly pitting although it was observed crevice too. Corrosion rates ranked between and mmpy. A certain degree of corrosion protection was observed in AISI 1045 substrate, due to coating action but not for ASTM 316L substrate. The last is a nobler material compared with the coating. Containing more chrome, nickel and molybdenum and having a more homogeneous structure, shows a better performance in the environment used in this study. Recommended Parameter values in order to get a lower corrosion rate are: current the more influent on icorr must be selected about 120 amperes, voltage: 30 volts, and principal pressure: 3.2 bars. Incidence order on icorr are current, voltage and principal pressure. .Wear rate was assessed by wear coefficient (K) calculation, using Archard equation. This varied between 0.00113806 and 0.000780707 mm3/N-m. Last values are similar to that reported by other authors. However, they are higher tan that obtained for the substrates. Wear modes were identified like abrasion , surface fatigue and delamination wear. Wear micro mechanisms were micro cutting, micro cracking and micro ploughing. Parameter recommended set are: voltage: 34 volts, current 185 amperes and principal pressure 4 bar. It could be observed tan raising the voltage and pressure, wear resistance increase. In the case of principal pressure, the low wear rates were identified to occur at near 4 bar. This coating improve AISI 1045 wear resistance and for ASTM 316L shows a slighly difference. According to the findings above related, coating applications of AS560 over each of the two substrates is an acceptable alternative for dimensional recovery, previously structural integrity assessment, but no is a recommended practice for protecting against abrasive wear nor corrosion processes in marine environments.