Resistencia a la corrosión del recubrimiento TiAlTaZrNbN en acero AISI 304 con potencial aplicación en la industria de alimentos

Abstract

En el presente estudio se investigan las propiedades estructurales y la resistencia a la corrosión del recubrimiento de alta entropía TiAlTaZrNbN, depositado sobre un sustrato de acero AISI 304, material comúnmente usado en la industria alimentaria. Se empleó la técnica de pulverización catódica con magnetrón de impulso de alta potencia (HiPIMS) para la deposición del recubrimiento. La caracterización del recubrimiento se realizó a través de diferentes métodos analíticos. La estructura cristalina y las fases presentes en el recubrimiento fueron determinadas por medio de la técnica de difracción de rayos X (XRD), mientras que la composición química se determinó por medio de la espectroscopía de energía dispersada (EDS). La morfología del recubrimiento se examinó utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM), y la rugosidad de la superficie se evaluó a través de microscopía confocal. Por otro lado, se estudió el comportamiento del recubrimiento ante la corrosión en tres electrolitos a temperatura ambiente: solución de ácido acético, de ácido cítrico y agua de grifo, utilizando técnicas de polarización potenciodinámica (PDP) y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Los resultados indicaron que el recubrimiento TiAlTaZrNbN presenta una estructura densa y homogénea, con una composición equilibrada de los elementos constitutivos. La caracterización mediante XRD reveló la presencia de fases cristalinas FCC, que contribuyeron significativamente a su destacada resistencia a la corrosión. Además, el recubrimiento demostró un excelente comportamiento ante la corrosión en los electrolitos de ácido acético y ácido cítrico (simulando alimentos con pH ≤ 4.5), evidenciando una disminución considerable en la densidad de corriente (Icorr) y un desplazamiento hacia valores más positivos del potencial de corrosión (Ecorr). También se observó una resistencia a la polarización mayor en contraste con el sustrato sin recubrimiento. Estos resultados proporcionan una valiosa perspectiva sobre las propiedades del recubrimiento TiAlTaZrNbN y su potencial aplicación en entornos que simulan condiciones alimentarias, lo que puede contribuir significativamente a mejorar la durabilidad de componentes utilizados en el sector alimentario (Texto tomado de la fuente).

The present study investigates the structural properties and corrosion resistance of the high-entropy coating TiAlTaZrNbN, deposited on a substrate of AISI 304 steel, a material widely used in the food industry. High-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) technique was used for coating deposition. The characterization of the coating was carried out through different analytical methods. The crystal structure and phases present in the coating were determined by X-ray diffraction (XRD), while the chemical composition was analyzed by dispersed energy spectroscopy (EDS). The coating’s morphology was examined using scanning electron microscopy (SEM), and surface roughness was evaluated through confocal microscopy. Furthermore, the coating’s corrosion behavior was evaluated in three electrolytes at ambient temperature: acetic acid solution, citric acid and tap water, using potentiodynamic polarization (PDP) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) techniques. The results indicated that the TiAlTaZrNbN coating has a dense and homogeneous structure with well-balanced composition of its constituent elements. XRD characterization identified the presence of FCC crystalline phases, which significantly contributed to its outstanding corrosion resistance. In addition, the coating demonstrated excellent corrosion behavior on acetic acid and citric acid electrolytes, evidenced by a notable reduction in current density (Icorr) and a shift towards more positive corrosion potential (Ecorr) values. Additionally, the coating’s polarization resistance was significantly higher than that of the substrate without coating. These findings provide valuable insights into the properties of TiAlTaZrNbN coating and its potential application in environments simulating food conditions, which could substantially enhance the durability of components used in the food sector.