Resistencia a la corrosión en recubrimientos de carburo de vanadio y carburo de niobio depositados con la técnica TRD

Abstract

En este trabajo se produjeron y caracterizaron recubrimientos de carburos de Niobio (NbC) y carburos de Vanadio (VC) sobre aceros para herramientas AISI H13 y D2, utilizando la técnica de deposición difusión termoreactiva TRD. Variando el contenido de ferroaleaciones (FeNb o FeV) en el proceso de depósito para los respectivos recubrimientos a obtener sobre cada tipo de acero, se evaluó la resistencia a la corrosión haciendo uso de técnicas tales como la polarización potenciodinámica (extrapolación de Tafel) y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en una solución al 3% de NaCl. La microestructura de los recubrimientos se analizó mediante difracción de rayos X (XRD) y microscopia electrónica de barrido (SEM). La composición química se identificó por medio de las técnicas de fluorescencia de rayos X (XRF), espectroscopia de dispersión de energía(EDS) y espectroscopia de fotoelectrones por rayos X (XPS). Se evaluó además el grado de adherencia de las respectivas capas de carburos obtenidas haciendo uso de la medición de cargas críticas por rayado (Scratch) y se analizó la dureza de los recubrimientos por medio de nanoindentación, utilizando el método Oliver and Pharr con un indentador tipo Bercovich. Se evaluó también el desgaste de las capas observando un desgaste leve del tipo adhesivoabrasivo, en donde se obtuvieron valores de coeficiente de fricción relativamente bajos comparados con otros estudios y técnicas de obtención de recubrimientos. Las capas de carburos con mayor porcentaje de ferroaleación presentaron una mayor protección del sustrato frente a la corrosión, sin embargo, en algunos sistemas se obtuvieron valores de densidad de corriente de corrosión muy similares e incluso menores al del acero sin recubrir. Las capas de carburos obtenidas presentaron una microestructura caracterizada por un grano de forma equiaxial y de tamaño relativamente grande. La formación de carburos de vanadio y de niobio se llevó a cabo incluso sobre los mismos carburos de cromo presentes en los sustratos, tal y como se evidencia en las imágenes obtenidas por SEM. En general se obtuvieron capas con alta porosidad y algo irregulares en espesor, principalmente al usar porcentajes de ferroaleación del 8% y 12%. En el presente trabajo se analizó también el mecanismo de corrosión para las capas de carburos obtenidas proponiendo que dicho fenómeno corrosivo se da a través de los poros y fallas microestructurales del recubrimiento, que al aumentar su espesor y al ser más denso y homogéneo tiende a alargar el tiempo que demora el electrolito en interactuar con el sustrato, pero que a la vez, aísla al acero del oxígeno necesario para la formación de capas de óxidos que contribuyan a su pasivación. Los resultados de dureza y adherencia permitieron concluir que las mejores condiciones estructurales y de propiedades mecánicas se presentaban en los recubrimientos de carburo de niobio sobre acero AISI D2.

Abstract. On this work were produced and characterized nanostructured coatings of niobium carbides (NbC) and vanadium carbides (VC) on tool steels AISI H13 and AISI D2, using a novel technique of deposition discovered in Japan in 1979 and named termoreactive depositiondiffusion TRD. By varying the content of ferro-alloys (FeNb or FeV) for the respective coatings to obtain in each type of steel, was evaluated the corrosion resistance using techniques such as the potenciodinamic polarization (Tafel extrapolation) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in a solution of NaCl 3%. The microstructure of the coatings was analyzed by XRD (X-ray diffraction) and SEM (scanning electron microscopy). The chemical composition was identified with the technical XRF (X-ray fluorescence), EDS (energy-dispersive X-ray spectroscopy) and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). It also assessed the degree of adhesion of the respective layers of carbides obtained using the measurement of critical loads for scratched and the hardness of the coatings by means of nanoindentation was analyzed, using the Oliver and Pharr method with a Bercovich indenter. Wear behavior was also evaluated and an adhesive-abrasive wear type was observed. The coefficient of friction values were relatively low compared to other studies and techniques for obtaining coatings. Layers of carbides were obtained with high rates of porosity and the analysis of corrosion resistance made it possible to conclude that, in general, the higher percentage of ferroalloys presented a greater protection of the substrate, however, such protection was very slight because were obtained values of current density of corrosion very similar or even lower to the uncoated steel. The results of hardness and adhesion have allowed to conclude that the best conditions of structural and mechanical properties was presented in the coatings of niobium carbide, mainly on the steel AISI D2.