Corrosion behavior of CrN coated on steel substrates by EIS

Se ha estudiado el comportamiento frente a la corrosión de recubrimientos de CrN, obtenidos por pulverización catódica con magnetrón desbalanceado (PCMD) sobre sustratos metálicos AISI 304 y ASTM A36, mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE) en electrólito de NaCl al 3% en peso. Con el objetivo de determinar los mecanismos de falla se ha correlacionado la resistencia a la polarización (Rp), con la morfología y la composición química de los recubrimientos producidos. Para ello, la microestructura de los recubrimientos se ha caracterizado mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), las fases cristalinas con difracción de rayos X (DRX) y la composición química, antes y después de ser expuestos al medio corrosivo, con espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (EFRX) y de electrones Auger (EEA). En general, la resistencia a la corrosión del recubrimiento de CrN es totalmente dependiente del sustrato sobre el cual se encuentra, obteniendo la mejor resistencia a la corrosión el recubrimiento depositado sobre acero inoxidable, lo cual se corroboró con el aumento de la resistencia a la polarización con el tiempo de ensayo. Estos detalles son discutidos en esta investigación.We have studied the corrosion behavior of CrN coatings, obtained by unbalanced magnetron sputtering (UBM) on substrates of AISI 304 and ASTM A36, using the electrochemical impedance spectroscopy technique (EIS) in electrolyte of NaCl 3% wt. In order to determine the mechanisms of protection and failure of these systems, we correlated the polarization resistance (Rp) in time function, with the morphology and chemical composition. To do this, we characterized the microstructure of the coatings by scanning electron microscopy (SEM), the crystalline phases with X-ray diffraction (XRD) and chemical composition, before and after exposure to a corrosive environment, by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Auger electrons (AES). In general, the corrosion resistance of CrN coatings is totally influenced by the substrate. The best corrosion resistance was achieved in the film deposited on stainless steel, than was observed with the increased in the polarization resistance. These details are discussed in this research.Fil: Torres Luque, Magda Marcela. Universidad de los Andes; ColombiaFil: Ascolani, Hugo del Lujan. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Olaya Florez, Jhon Jairo. Universidad Nacional de Colombia; Colombi

Resistencia a la corrosión de recubrimientos de Cr2O3 medida mediante EIE

This paper present the results of corrosion resistance of commercial coatings of chromium oxide Cr2O3 deposited by thermal spray on phosphor bronze substrates with three methods of surface preparation: shot blasting with sand, blasting metal with alumina and polishing with abrasive disc, the three surfaces were prepared with and without base layer. The roughness of the deposited coatings was determined by confocal microscopy and the surface morphology was assessed by scanning electron microscopy (SEM); the crystal structure was determined by X-ray diffraction (XRD) and the corrosion resistance was evaluated via electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results of confocal microscopy showed that the surface roughness has a maximum value of 19,831 μm; XRD analysis showed that the coatings have the same crystal structure of the powders; SEM analysis shows that the surface is porous and inhomogeneous. Finally, the EIS results, reveal that prepared surface with blasting had the best corrosion resistance.En este trabajo se presentan los resultados de la resistencia a la corrosión de recubrimientos comerciales de óxido de cromo (Cr2O3) depositados por proyección térmica sobre sustratos de bronce fosforado, modificados superficialmente mediante tres métodos: granallado con arena, granallado metálico con alúmina y pulimento con disco abrasivo y con preparación de superficie (con capa y sin capa base). La rugosidad de los recubrimientos depositados se determinó mediante microscopia confocal y la morfología de la superficie se evaluó mediante microscopía electrónica de barrido (MEB); la estructura cristalográfica se determinó por medio de difracción de rayos X (DRX) y la resistencia a la corrosión se evaluó por medio de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIE). Los resultados de microscopia confocal mostraron que la rugosidad superficial tiene un máximo valor de 19,831μm; el análisis de DRX mostró que los recubrimientos tienen la misma estructura cristalográfica de los polvos; el análisis de MEB muestra que la superficie es porosa y no es homogénea. Finalmente, los resultados de EIE revelan que las superficies preparadas con granallado presentaron la mejor resistencia a la corrosión

Influence of boron content on the fracture toughness and fatigue crack propagation kinetics of bainitic steels

The relatively good combination of high strength and ductility makes bainitic steels a candidate to replace many other steels in industrial applications. However, in service, ductility and strength are not up to standard requirements. In many industrial components, toughness and fatigue performance are also very relevant. In the present study, bainitic steels with varying content of boron were fabricated, with the aim of analyzing the fracture toughness and changes in the fatigue life. The results show that a relatively small change in the boron content can cause a notable variation in the fracture toughness of bainitic steels. The maximum value obtained in fracture toughness was for the steel with the highest boron content. It was observed that the amount of interlath martensite constituents decreases in steels with the addition of boron, leading to the promotion of the presence of void coalescence and a remarkable rise in the toughness of bainitic steels. An increase on the fatigue life of the bainitic steels with an increase in the boron content was also observed, through analysis by means of Paris’ law. A comprehensive micrographic study was carried out in order to examine the mechanics of fatigue crack growth in the bainitic steels, revealing small longitudinal cracks in bainitic steels that lack boron. These cracks tend to disappear in bainitic steels that contain boron. To elucidate this behavior, micrographs of the surfaces generated by the crack growth process were taken, showing that several nano-cracks appeared between the bainite laths. It is finally argued that this high-energy consumption process of nano-crack nucleation and growth is the reason for the improved toughness and fatigue life observed in bainitic steels.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Obtención y caracterización mecánica de un acero bainítico aleado con boro (10 y 20 ppm)

Los aceros bainíticos se han convertido en uno de los materiales que se han investigado durante la última década, debido a sus excepcionales propiedades mecánicas. La ventaja que ha tenido desarrollar este tipo materiales es particularmente la obtención de estructuras libres de carburos que combinan una muy buena resistencia mecánica con una excelente tenacidad. Mediante este trabajo se establecieron y controlaron adecuadamente las condiciones metalúrgicas para fundir en vacío un acero bainítico aleado con 10 y 20 ppm de Boro y tratamiento termomecánico de laminación entre 1000 °C y 1200 °C. La caracterización microestructural se realizó mediante microscopia óptica y microscopia electrónica de barrido, y la caracterización mecánica mediante pruebas de dureza, tracción y tenacidad a temperatura ambiente.Los resultados obtenidos muestran resistencias ultimas del orden de 1800 MPa y elongaciones de aproximadamente el 16%. Es apreciable el aumento en las propiedades mecánicas con el incremento del contenido de boro en los aceros. El boro posiblemente está actuando como agente refinador de grano y disminuye la nucleación de la ferrita en los límites de grano de la austenita, facilitando la formación de bainita.Palabras clave: Bainita, tratamiento termomecánico, fundición, propiedades mecánica

Análisis de fallas en transformadores de distribución utilizando el software estadístico spss (statistical package for the social sciences)

Se ha desarrollado una metodología que comprende análisis de fallas en los transformadores de distribución, utilizando el programa estadístico para ciencias sociales (SPSS), para lo cual debe llevarse a cabo lo siguiente: organización y conformación de base de datos de equipos fallados, incorporación de estos datos al programa para su procesamiento y conversión de toda la información adquirida en variables numéricas para que sean procesadas y se obtengan así los resultados de la estadística descriptiva, del análisis factorial y del análisis discriminante. El trabajo se apoyó en información suministrada por empresas cuyas áreas servidas pertenecen a Corpoelec (Valencia-Venezuela) y Codensa (BogotáA methodology was developed for analysing faults in distribution transformers using the statistical package for social sciences (SPSS); it consisted of organising and creating of database regarding failed equipment, incorporating such data into the processing programme and converting all the information into numerical variables to be processed, thereby obtaining descriptive statistics and enabling factor and discriminant analysis. The research was based on information provided by companies in areas served by Corpoelec (Valencia, Venezuela) and Codensa (Bogotá, Colombia)

Resistencia a la corrosión de recubrimientos de nitruros metálicos depositados sobre acero AISI M2

In this work the corrosion behavior of zirconium nitride (ZrN), titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN), niobium nitride (NbN) and tantalum nitride (TaN) films deposited on commercial AISI M2 steel using unbalanced magnetron system (UBM) was investigated. The corrosion resistance was evaluated by testing electrochemical impedance spectroscopy (EIS) on a 3% solution of NaCl, changing the test time from 1 h to 7 d. The higher resistance to corrosion was obtained for NbN and ZrN films when these materials were deposited in the lower unbalanced configuration of UBM system. The coatings show degradation with the immersion time due to the microstructure defects, which become diffusion channels so that the corrosive solution can react with the substrate surface. Corrosion mechanisms in the coatings produced are discussed in this research.En este trabajo se estudia el comportamiento frente a la corrosión de películas de nitruro de zirconio (ZrN), nitruro de titanio (TiN), nitruro de cromo (CrN), nitruro de niobio (NbN) y nitruro de tantalio (TaN) depositadas sobre acero para herramientas AISI M2 mediante la técnica de sputtering con magnetrón desbalanceado (UBM). La resistencia a la corrosión fue evaluada con ensayos de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) en una solución al 3% de NaCl variando el tiempo de ensayo desde 1 h hasta 7 d. En general, los mejores resultados de resistencia a la corrosión se presentaron en las películas de ZrN y NbN cuando son producidas en la configuración de menor bombardeo iónico en un sistema UBM. Los recubrimientos muestran degradación en el tiempo de ensayo debido a los defectos presentes en su microestructura, que se convierten en canales de difusión por los que la solución corrosiva llega a la superficie del sustrato. Los mecanismos de corrosión para los recubrimientos producidos son discutidos en esta investigación

Construcción de un equipo para desgaste abrasivo según norma ASTM G–65

This work shows the construction and fine tuning of equipment for abrasive wear tests with dry sand rubber wheel "DSRW", according to ASTM G-65. Initially equipment components are described, some of which were purchased commercially and others were built. Subsequently the calibration of next variables was performed: diameter and hardness rubber coating, grain size, moisture and abrasive flow, motor speed and force applied to the specimen. Validation of equipment operation is then performed according to procedure B, using different types of material: gray iron, bronze and nickel-based coatings (Metaceram 23075 and Nitec 10224), repeatability presenting the results for each material. By applying statistical methods, the coefficient of variation was determined, which was below the maximum limit allowed in the standard (6%). Finally, the analysis of wear scars by scanning electron microscopy is performed, being wear mechanism typical of ductile and fragile materials.Este trabajo muestra la construcción y puesta a punto de un equipo para ensayos de desgaste abrasivo con arena seca y rueda de caucho “DSRW”, según norma ASTM G-65. Inicialmente se describen los componentes del equipo, de los cuales, algunos se adquirieron comercialmente y otros se construyeron. Posteriormente se realizó la calibración de las siguientes variables: diámetro y dureza del recubrimiento de caucho, tamaño de grano, humedad y flujo del abrasivo, velocidad del motor y fuerza ejercida sobre la probeta.  Luego se validó el funcionamiento del equipo según procedimiento B, usando diferentes tipos de materiales: hierro gris, bronce y recubrimientos a base de níquel (Metaceram 23075 y Nitec 10224); presentándose repetitividad en los resultados para cada material. Al aplicar los métodos estadísticos,  se determinó el coeficiente de variación, el cual dió por debajo del límite máximo permitido en la norma (6%). Finalmente se realiza el análisis de las huellas de desgaste por microscopía electrónica de barrido, encontrándose los mecanismos de desgaste típicos de los materiales dúctiles y frágiles.

Estudio comparativo de la evaluación a la corrosión de recubrimientos de crn y crn/cr con recubrimientos de cromo electrodepositado y pinturas tipo epoxy

En este trabajo se compara la resistencia a la corrosión de recubrimientos de CrN y CrN/Cr depositados con el sistema de sputtering con magnetrón desbalanceado (UBM) con recubrimientos industriales de Cr y pinturas tipo epoxy. Los recubrimientos UBM fueron optimizados y producidos a temperatura ambiente y con una corriente de descarga de 400 mA. Se utilizó un flujo de Ar de 9 sccm y para la producción de CrN se activó el nitrógeno con un flujo de 3 sccm. Los tiempos de depósito se ajustaron para producir monocapas de CrN y multicapas a escala nanométrica manteniendo un espesor total de 1 μm y un periodo de 100 nm. A los recubrimientos obtenidos se les determinó su microestructura con icroscopia electrónica de barrido (SEM), la textura y fases cristalinas con difracción de rayos X (XRD) y espectroscopia infrarroja (IR), y la resistencia a la corrosión se evaluó con ensayos de polarización potenciodinámica utilizando una solución de 0,5M H2SO4 y 0,05M KSCN. En general, las multicapas anométricas mejoraron la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables, además se observó que los aceros A36 recubiertos con CrN pueden ser una alternativa para reemplazar a los aceros inoxidables en ambientes ácidos.Los mecanismos de corrosión para los recubrimientos producidos son discutidos en esta investigación.This work was aimed at comparing the corrosion resistance of CrN and CrN/Cr coatings deposited through unbalanced magnetron sputtering (UBM), Cr industrial coatings and epoxy paints. UBM coatings were optimised and produced at room temperature, using 400 mA discharge current. Ar and N2 flow rates were set at 9 standard cubic centimetres per minute (SCCM) and 3 SCCM, respectively. Deposition times were set to produce CrN monolayers and nanometric multilayers having 1 μm total thickness and 100 nm period. Coating icrostructure was determined through scanning electron microscopy as texture and crystalline phases were determined using x-ray diffraction and infrared spectroscopy. Corrosion resistance was studied with anodic polarisation tests using 0.5M H2SO4 and 0.05M KSCN solution. Nanometric multilayers improved stainless steel corrosion resistance and it was observed that coated CrN steel A36 could be an alternative for replacing tainless steel in acid environments.Corrosion mechanisms for the coatings so deposited are discussed

Revisión de recubrimientos multifuncionales a base de nitruro depositados por PVD

The success of a functional coating is intrinsically linked to the improvement of its surface properties, as it is the surface that will be in direct contact with the environment and mechanical stresses when the material is used in severe wear, fatigue, or corrosion applications. It has been shown, for example, by increasing mechanical properties, that factors such as surface hardness increase the durability of the coating/substrate system. Consequently, current research on the design and development of multifunctional coatings for surface engineering within mechanical systems must address surface treatment and modification techniques. This article is a bibliographic review of coatings with industrial applications regarding transition metal nitrides deposited with physical vapor deposition (PVD) techniques such as sputtering and cathodic arc.El éxito de un recubrimiento funcional está intrínsecamente ligado al mejoramiento de sus propiedades superficiales, ya que es la superficie la que estará en contacto directo con el entorno y los esfuerzos mecánicos en caso de que el material sea usado en aplicaciones de desgaste, fatiga o corrosión severos. Se ha demostrado, por ejemplo, mediante el aumento de las propiedades mecánicas, que factores como la dureza superficial aumentan la durabilidad del sistema recubrimiento/sustrato. En consecuencia, las investigaciones actuales sobre el diseño y desarrollo de recubrimientos multifuncionales para ingeniería de superficies dentro de sistemas mecánicos deben abordar las técnicas de tratamientos y modificaciones superficiales. Este artículo es una revisión bibliográfica sobre recubrimientos con aplicaciones industriales en relación con los nitruros metálicos de transición depositados con técnicas de deposición física en fase de vapor (PVD) como el sputtering y el arco catódico