Evaluación de sinergismo erosión-corrosión de recubrimiento de TiAlTaZrNbN depositado mediante técnica HiPIMS
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Resumen
Se evaluó el comportamiento frente al sinergismo erosión–corrosión de un recubrimiento de nitruro de alta entropía (TiAlTaZrNb)N depositado mediante la técnica HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering) sobre acero AISI 4340. El sinergismo entre erosión y corrosión se cuantificó siguiendo el procedimiento de la norma ASTM G119-09 (2016) [1], [26], [98], empleando una celda de ensayo con boquilla tipo jet que permitió variar el ángulo de impacto (30° y 90°) y mantener una velocidad de flujo de 11,5 m/s [26]. La degradación corrosiva se evaluó en una solución de NaCl al 3,5 %, mientras que el desgaste erosivo se generó mediante la acción de un chorro de agua con partículas de SiO₂ (10 % en peso, 212–300 μm). La microestructura y morfología de los recubrimientos se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM/EDS) y microscopía confocal 3D [126], [130], [140], [145], [151], [171]. Los parámetros electroquímicos (Icorr, Ecorr) se obtuvieron a partir de curvas de polarización potenciodinámica (análisis de Tafel) [51], [106], [145], y se empleó la ley de Faraday implícita en ASTM G119 para determinar la contribución individual de corrosión y su interacción sinérgica [26], [98]. Los resultados evidenciaron que el recubrimiento (TiAlTaZrNb)N presentó una fase cúbica tipo NaCl (B1) densa y nanocristalina [93], [110], [117], [144], [171], con pérdidas de masa y tasas de corrosión significativamente menores que las del acero base y el recubrimiento metálico HEA [117], [130], [142]. En todas las condiciones evaluadas, el HEN mostró valores negativos de sinergismo (S ≈ –0,01 a –0,04 mm³/mm²·h), evidenciando un efecto antagonista que reduce el deterioro combinado [1], [3], [26], [58], [67], [98]. La erosión fue el mecanismo dominante, con mayor severidad a 90°, condición en la que la energía cinética se concentra perpendicularmente al recubrimiento [26], [61], [95], [140]. Sin embargo, la estabilidad microestructural, densificación y capacidad de pasivación del (TiAlTaZrNb)N depositado por HiPIMS permitieron mitigar la degradación [15], [110], [117], [142], [144]. En conjunto, el recubrimiento (TiAlTaZrNb)N se consolida como una alternativa eficaz para proteger aceros de alta resistencia frente al sinergismo erosión–corrosión en condiciones severas de servicio. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The erosion–corrosion behavior of a high-entropy nitride coating, (TiAlTaZrNb)N, produced by HighPower Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) on AISI 4340 steel was investigated. Synergistic
interaction between erosion and corrosion was quantified following ASTM G119-09 [1], [26], [98], using
a recirculating test cell equipped with a jet nozzle to impose impact angles of 30° and 90°. The corrosive
environment was a 3.5 wt.% NaCl solution, while erosive wear was generated by a water jet carrying 10
wt.% SiO₂ (212–300 μm) [26]. Microstructure and surface condition were characterized by X-ray
diffraction, SEM/EDS, and 3D optical confocal microscopy [126], [130], [140], [145], [171]. Corrosion
parameters (Icorr, Ecorr) were derived from potentiodynamic polarization (Tafel analysis) [51], [106], and
the corrosion component was converted into mass/volume loss using Faraday’s law [26]. The
(TiAlTaZrNb)N coating exhibited a dense, nanocrystalline NaCl-type (B1) phase [93], [110], [117], [144],
[171], and showed substantially lower total wear than bare steel and the metallic HEA counterpart
under all conditions [117], [130], [142]. Synergy values for the nitride were negative (antagonistic) [1],
[3], [26], [58], [67], [98], indicating that combined damage was less than the sum of individual erosion
and corrosion components. Erosion was the dominant contributor to total material loss, with higher
severity at 90° [26], [61], [95], [140]. Overall, the HiPIMS-deposited (TiAlTaZrNb)N demonstrated
superior microstructural stability and electrochemical resistance [15], [110], [117], [142], [144],
supporting its use as a protective coating for AISI 4340 in severe erosion–corrosion environments.
Palabras clave propuestas
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías, tablas