Evaluación de la resistencia a la corrosión a altas temperaturas del recubrimiento TiAlVCuN

Abstract

Esta investigación tiene como objetivo evaluar la resistencia a la oxidación de recubrimientos quinarios de TiAlVCuN producidos mediante un sistema de co-sputtering reactivo con fuentes HiPIMS y magnetron, depositados sobre sustratos de acero inoxidable AISI 316L. Los recubrimientos fueron depositados utilizando un blanco de Ti/Al y un blanco de V/Cu. Se variaron los parámetros de deposición en el blanco de V/Cu obteniendo dos recubrimientos con diferentes voltajes de descarga 535V y 550V. Las propiedades morfológicas, estructurales y químicas fueron analizadas en los recubrimientos producidos utilizando las técnicas de microscopia electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD) y espectrometría de dispersión de rayos X (EDS). Después de caracterizar los recubrimientos se efectuaron los ensayos de oxidación isotérmica a 800 °C, sosteniendo esta temperatura durante 10 horas. También se realizó el ensayo de oxidación cíclica a una temperatura de 600 °C durante cien ciclos, cada ciclo se conforma en una hora de calentamiento y una hora de enfriamiento. Las pruebas de oxidación a altas temperaturas mostraron como varia la ganancia de masa en función del tiempo durante los ensayos, estas pruebas fueron complementadas con la caracterización de los recubrimientos posterior a la oxidación. Se caracterizó la superficie de las muestras mediante microscopia electrónica de barrido (SEM) e interferometría, las estructuras que se formaron luego de las pruebas de oxidación se caracterizaron mediante difracción de rayos X (XRD) y por último se relacionó la microestructura de los recubrimientos con la variación en la masa. Los recubrimientos y el sustrato revelaron un comportamiento muy similar en los ensayos de oxidación, el acero 316L perdió su integridad después de los 20 ciclos de oxidación, aunque los recubrimientos mostraron inicialmente mayor ganancia de masa, evidenciando corrosión rápida, exhibieron resistencia mejorada después de 25 ciclos. La oxidación isotérmica a 800 °C sugiere que los recubrimientos transfieren una capa de óxido con cinética de crecimiento lento al sustrato. El recubrimiento de TiAlVCuN consigue mantener y brindar una pequeña mejora frente a la resistencia a la corrosión hasta el ciclo 25, después de este ciclo los recubrimientos perdieron su integridad mostrando delaminaciones y una caída en su masa por debajo del valor inicial de la misma (Texto tomado de la fuente).

This research aims to assess the oxidation resistance of quinary TiAlVCuN coatings produced using a reactive co-sputtering system with HiPIMS and magnetron sources, deposited on AISI 316L stainless steel substrates. Coatings were deposited using Ti/Al and V/Cu targets. Deposition parameters were varied in the V/Cu target, resulting in two coatings with different discharge voltages: 535V and 550V. Morphological, structural, and chemical properties were analyzed in the produced coatings using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). After characterizing the coatings, isothermal oxidation tests at 800 °C were conducted, holding this temperature for 10 hours. Cyclical oxidation tests at a temperature of 600 °C for one hundred cycles, each cycle comprising one hour of heating and one hour of cooling, were also performed. High-temperature oxidation tests showed how mass gain varied over time during the experiments. These tests were complemented with post-oxidation coating characterization. Sample surfaces were characterized using scanning electron microscopy (SEM) and interferometry. The structures formed after oxidation tests were characterized using X-ray diffraction (XRD), and finally, coating microstructure was related to mass variation. Both the coatings and the substrate exhibited very similar behavior in oxidation tests. The 316L steel lost its integrity after 20 oxidation cycles. Although the coatings initially showed higher mass gain, indicating rapid corrosion, they exhibited improved resistance after 25 cycles. Isothermal oxidation at 800 °C suggests that the coatings transfer a slow-growth oxide layer to the substrate. The TiAlVCuN coating manages to provide a slight improvement in corrosion resistance until cycle 25. After this cycle, the coatings lost their integrity, showing delaminations and a drop in mass below the initial value.