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Influencia del proceso dúplex Nitruración PostOxidación Iónica sobre las características microestructurales y de resistencia a la corrosión del acero inoxidable AISI 316L
JUAN CARLOS DIAZ GUILLEN
LORENA ALVAREZ CONTRERAS
GREGORIO VARGAS GUTIERREZ
Acceso Abierto
Atribución
El acero inoxidable austenítico AISI 316L, una aleación con amplia variedad de aplicaciones caracterizada por sus buenas propiedades de resistencia a la corrosión, tiene la problemática inherente de un pobre desempeño en aplicaciones que demandan dureza superficial y resistencia al desgaste. En años recientes, el proceso de nitrurado iónico a bajas temperaturas se ha perfilado como una opción viable para el incremento de la dureza y resistencia al desgaste de dicho material, sin embargo el poco entendimiento de la influencia de cada variable de proceso y su consecuente mal manejo, puede resultar en el decremento de sus propiedades de corrosión a causa de la precipitación de nitruros de cromo. Aunado a esto, el uso de medios químicos cada vez más agresivos en los procesos industriales demanda el incremento adicional de las propiedades de resistencia a la corrosión de éste material. En el presente trabajo se analiza el novedoso proceso dúplex nitruración postoxidación en plasmas pulsados como una alternativa para incrementar conjuntamente la dureza y la resistencia a la corrosión del acero AISI 316L. El trabajó se realizó en 3 etapas: 1. Análisis del rol del tiempo de pulso y la densidad de corriente durante la nitruración iónica, 2. Análisis del rol del tiempo de proceso y la densidad de corriente en la descarga durante el proceso de oxidación iónica y 3. Influencia del tratamiento dúplex nitruración post-oxidación. El análisis mostró que mediante la manipulación del tiempo de pulso durante la nitruración es posible controlar el espesor de la capa nitrurada, la resistencia a la corrosión y el tamaño de los dominios coherentes de difracción “cristalitas”, lo que se ha relacionado con el concepto de “Fluencia Iónica”. Bajos tiempos de pulso promueven capas nitruradas de bajo espesor con alta dureza, mientras que tiempos de pulso altos resultan en capas gruesas menos duras pero con la más alta resistencia a la corrosión. El trabajo destaca que la utilización de densidades de corriente de nitruración de 0.5mA/cm2 , están ligadas con la obtención tanto de las capas más duras como las de mayor resistencia a la corrosión. Este hecho representa un aporte tecnológico relevante, ya que, considerando que la literatura reporta la utilización industrial de densidades de corriente del orden de 2.5mA/cm2 , el uso de densidades de corriente de nitruración de 0.5mA/cm2 representaría la utilización de únicamente el 20% de la energía total
del proceso. El proceso de pasivado u oxidación iónica promovió un incremento considerable en la resistencia a la corrosión del acero inoxidable pasivado químicamente. Dicho resultado permite proponer al pasivado iónico como un candidato potencial para reemplazar los procesos tradicionales de pasivado químico. El incremento en la resistencia a la corrosión por efecto del pasivado iónico esta por arriba del que brinda el proceso de nitruración iónica. El proceso dúplex nitruración post oxidación asistido por plasma, brinda al acero inoxidable austenítico AISI 316L ambos, la dureza superficial del nitrurado iónico y la resistencia a la corrosión del pasivado iónico sin la problemática inherente de los procesos tradicionales.
AISI 316L austenitic stainless steel is widely used in many applications due to its high resistance to corrosion. However, its low hardness and poor wear resistance are their primary drawback. In recent years, ion nitriding process has emerged as a viable option to increase both hardness and wear resistance of AISI 316L, unfortunately the lack of understanding of the role of each process variable and its consequently mismanagement may result in decreased corrosion properties due to the precipitation of chromium nitrides. Coupled with the need to increase of hardness and wear resistance, there is an evident requirement to increase corrosion resistance of this alloy as consequence of use of more aggressive chemical reagents in industrial processes. In the present work it is analyzed the novel duplex process “pulsed plasma nitriding post-oxidation” as an alternative to increase both hardness and corrosion properties of AISI 316L austenitic stainless steel. The work was carried out in three steps: 1. Study of the role of pulse time and discharge current density during pulsed plasma nitriding, 2. Analysis of the role of oxidation process time and discharge current density during pulsed plasma oxidation (passivation) and 3. Study of influence of “pulsed plasma nitriding post oxidation” process on hardness and corrosion performance.
Results showed that through manipulation of pulse time it is possible to control nitride layer thickness, corrosion resistance and the domains diffracting coherently also called “crystallites” and it has been related to the “ion fluency phenomenon". While short pulse times promote thinner and harder nitrided layers, long pulse times are related to thicker, softer and higher corrosion resistance nitrided layers. Results also showed that nitriding process, using current densities of 0.5 mA/cm2 promotes obtaining of the hardest and highest corrosion resistance nitrided layers. This is one of the most important technological findings of this work based on the fact that the use of 0.5 mA/cm2 as nitriding current density corresponds only to 20% of process total energy that when this value is fixed as 2.5mA/cm2 . Ion oxidation or ion passivation process promotes an important increase in corrosion resistance of AISI 316L. Corrosion resistance of ion passivated samples is higher than chemically passivated AISI 316L. Based on this result, ion passivation process can be proposed as good alternative to replace chemical passivation traditional processes. Results indicated that corrosion resistance of plasma passivated samples is also higher than all plasma nitriding samples. Dúplex “Pulsed plasma nitriding post-oxidation” process provides to the austenitic stainless steel AISI 316L both, the ion nitrided surface hardness and the plasma passivation corrosion resistance, without the problems inherent to the traditional surface modification processes.
2012-08
Tesis de doctorado
Español
QUÍMICA FÍSICA
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