Estudio del efecto de adiciones de titanio en las propiedades mecánicas y de corrosión del acero pulvimetalúrgico AISI 316

Context: Powder metallurgy uses metallic and/or non-metallic powders that, through mixing, compacting, and sintering operations, allow obtaining large series of products. In austenitic stainless steels, Cr23C6-type carbides can precipitate at temperatures between 450 and 950 °C. When this occurs, the steel is susceptible to being attacked at its grain boundaries by a phenomenon called sensitization. Titanium is added as a ‘stabilizer’ because it has a greater affinity with carbon for the formation of species at a temperature of approximately 900 ºC, and, during cooling, it consumes the carbon forming MC-type carbides, inhibiting the precipitation of Cr23C6. Method: The composition and morphology of the powders were characterized, leading to the formulation of an alloy matrix consisting of a mixture of AISI 316 steel powders of two different particle-size distributions in a proportion that produced the highest density and the lowest porosity in the sintered material. Titanium was added at two levels (0,4 and 1,0 wt%), and sintering was carried out with nitrogen. The corrosion rate was determined by potentiodynamic polarization. Vickers hardness and pin-on-disk wear tests were performed. The stages were complemented with a microstructural analysis. Results: The addition of 0,4 wt% of titanium decreased the steel’s rate of corrosion, albeit in the absence of passivation. The microstructure consists of austenite, ferrite, and TiC precipitates. The addition of 1,0 wt%Ti showed an increase in the corrosion rate, with a microstructure containing austenite, ferrite, TiC carbides, and the Laves ɳ-Fe2Ti phase. Conclusions: The results were compared against thermodynamic simulations in the Thermo-Calc software, which were consistent with the microstructural analysis, showing the phenomena of stabilization as well as the precipitation of intermetallic phases and highlighting the importance of establishing strict controls in the formulation of powder metallurgical alloys due to the transformations that can take place due to the effect of the thermal cycles of the process.Contexto: La pulvimetalurgia utiliza polvos metálicos y/o no metálicos que, mediante operaciones de mezcla, compactación y sinterización, permiten obtener grandes series de productos. En los aceros inoxidables austeníticos, los carburos de tipo Cr23C6 pueden precipitar a temperaturas entre 450 y 950 °C. Cuando esto ocurre, el acero es susceptible de ser atacado en sus límites de grano por el fenómeno denominado sensitización. El titanio se agrega como ‘estabilizador’ porque tiene mayor afinidad con el carbono para la formación de especies a una temperatura de aproximadamente 900 ºC y, durante el enfriamiento, consume el carbono formando carburos tipo MC, inhibiendo la precipitación de Cr23C6. Método: Se caracterizó la composición y morfología de los polvos, lo que condujo a la formulación de una matriz de aleación compuesta por una mezcla de polvos de acero AISI 316 de dos granulometrías diferentes en una proporción que produjo la mayor densidad y la menor porosidad del material sinterizado. Se añadió titanio en dos niveles (0,4 y 1,0 % en peso) y se sinterizó con nitrógeno. La velocidad de corrosión se determinó por polarización potenciodinámica. Se realizaron pruebas de dureza Vickers y de desgaste pin-on-disk. Las etapas se complementaron con un análisis microestructural. Resultados: La adición de 0,4 % en peso de titanio disminuyó la velocidad de corrosión del acero, si bien en ausencia de pasivación. La microestructura consiste en precipitados de austenita, ferrita y TiC. La adición de 1,0 % en peso de Ti mostró un aumento en la velocidad de corrosión, con una microestructura que contenía austenita, ferrita, carburos de TiC y la fase Laves ɳ-Fe2Ti. Conclusiones: Los resultados fueron comparados con simulaciones termodinámicas del software Thermo-Calc, consistentes con el análisis microestructural, mostrando los fenómenos de estabilización y la precipitación de fases intermetálicas, y destacando la importancia de establecer un control estricto en la formulación de aleaciones pulvimetalúrgicas debido a las transformaciones que pueden generarse por efecto de los ciclos térmicos del proceso

MODELO DE CORROSIÓN PARA ACEROS DE BAJO CARBONO EN AMBIENTES ACUOSOS CON CO2

RESUMENLa corrosión por CO2 es un fenómeno complejo en el que participan gran cantidad de variables. El presente artículo relaciona el efecto de algunos factores importantes en la corrosión por CO2 en aceros al carbono, como temperatura, presión parcial de CO2, pH, velocidad de fujo y presencia de inhibidores de corrosión e incrustación. Se evaluó el impacto individual de las variables descritas, en la velocidad de corrosión del material, de igual forma, se determinó la infuencia de la interacción entre factores para determinar la magnitud del efecto global en el proceso corrosivo. Se realizó un análisis matemático de resultados experimentales de fuentes secundarias y divulgados en publicaciones especializadas con el propósito de construir un modelo ajustado que permita determinar la rata de corrosión del material como función del efecto simultáneo de los parámetros mencionados. El modelo obtenido fue programado en el software MATLAB®, y para corroborar la precisión del mismo, se comparó con la información experimental y con un modelo por redes neuronales bajo iguales condiciones, obteniéndose aproximaciones adecuadas.Palabras clave: Corrosión, CO2, Paramétrico, Modelo, Correlación. ABSTRACTThe CO2 corrosion is a complex phenomenon in which participate great amount of variables. The present article includes the effect of some important factors in CO2 corrosion on carbon steels, as temperature, CO2 partial pressure, pH, fux velocity and presence of corrosion and scale inhibitors. The individual aspect of the described variables, in the corrosion rate of material was evaluated, same way, was determined the infuence of interaction between factors to determine the magnitude of the global effect in the corrosive process. A mathematical analysis of experimental results of secondary sources and divulgated in specialized publications was done in order to build an adjusted model that allows determine the corrosion rate of material as an simultaneous effect of the described parameters. The obtained model was programmed in MATLAB® software, and to corroborate the model’s precision, it was compared whit the experimental information and whit a neural network model under equal conditions, obtaining adequate approximations.Keywords: Corrosion, CO2 , Parametric, Model, Correlation

Determinación teórica y práctica de una mezcla binaria de polvos de acero AISI 316 para aumentar la resistencia a la corrosión en piezas pulvimetalúrgicas

Los aceros pulvimetalúrgicos tienen una menor resistencia a la corrosión en comparación con los aceros forjados. Su comportamiento se ve afectado simultáneamente por la porosidad interconectada, la morfología de los poros, la interacción con las atmósferas de sinterización y fenómenos metalúrgicos como la "sensitización" del acero. Este trabajo presenta la metodología teórica para calcular la composición óptima de una mezcla y las condiciones requeridas para obtener un empaquetamiento máximo de esferas de dos tamaños promedio de partículas (asumiendo un factor de forma esférico) según la investigación publicada por Brouwers para un sistema de mezclas binarias. Para la determinación teórica de la mezcla se presentan los resultados de densidad y porosidad de un acero inoxidable pulvimetalúrgico 316 elaborado a partir de polvos prealeados de dos granulometrías promedio (45μm y 150μm). Los polvos se combinaron en diferentes proporciones, con el fin de definir las cantidades adecuadas que permitan fabricar un acero con bajos valores de su velocidad de corrosión. Los resultados obtenidos confirman que el cálculo teórico es una alternativa confiable para formular aleaciones pulvimetalúrgicas, ya que se logra un alto empaquetamiento de partículas, lo cual incide favorablemente en las características del producto terminado

Study Of the Effect of Titanium Additions on The Mechanical and Corrosion Properties of AISI 316 Powder Metallurgical Steel

Context: Powder metallurgy uses metallic and/or non-metallic powders that, through mixing, compacting, and sintering operations, allow obtaining large series of products. In austenitic stainless steels, Cr23C6-type carbides can precipitate at temperatures between 450 and 950 °C. When this occurs, the steel is susceptible to being attacked at its grain boundaries by a phenomenon called sensitization. Titanium is added as a ‘stabilizer’ because it has a greater affinity with carbon for the formation of species at a temperature of approximately 900 ºC, and, during cooling, it consumes the carbon forming MC-type carbides, inhibiting the precipitation of Cr23C6. Method: The composition and morphology of the powders were characterized, leading to the formulation of an alloy matrix consisting of a mixture of AISI 316 steel powders of two different particle-size distributions in a proportion that produced the highest density and the lowest porosity in the sintered material. Titanium was added at two levels (0,4 and 1,0 wt%), and sintering was carried out with nitrogen. The corrosion rate was determined by potentiodynamic polarization. Vickers hardness and pin-on-disk wear tests were performed. The stages were complemented with a microstructural analysis. Results: The addition of 0,4 wt% of titanium decreased the steel’s rate of corrosion, albeit in the absence of passivation. The microstructure consists of austenite, ferrite, and TiC precipitates. The addition of 1,0 wt%Ti showed an increase in the corrosion rate, with a microstructure containing austenite, ferrite, TiC carbides, and the Laves ɳ-Fe2Ti phase. Conclusions: The results were compared against thermodynamic simulations in the Thermo-Calc software, which were consistent with the microstructural analysis, showing the phenomena of stabilization as well as the precipitation of intermetallic phases and highlighting the importance of establishing strict controls in the formulation of powder metallurgical alloys due to the transformations that can take place due to the effect of the thermal cycles of the process

Estudio del desgaste y evaluación electroquímica de aleaciones FeMnAl y acero AISI 316 LVM en fluido biológico simulado

Resumen En este estudio se presentan los resultados obtenidos al comparar las propiedades de resistencia a la corrosión de dos aleaciones austeníticas Fermanal Mn – 22,6, Al- 6,30, C- 0,68, Cr- 3,10, Fe- 67,33 (F1) y Mn- 30,0, Al- 8,5, C-1, Cr -3,20, Mo- 1,10, Fe- 56,20 (F2) frente a las del acero AISI 316 LVM con el propósito de determinar la viabilidad de dichas aleaciones como reemplazos óseos. Las propiedades electroquímicas se evaluaron mediante medidas de potencial, curvas de polarización Tafel y resistencia a la polarización lineal (LPR), con ringer lactato como fluido biológico simulado. Para la pruebas tribológicas se utilizó un tribómetro pin on disk y se determinó la morfología de la huella de desgaste. Los resultados mostraron que la adición de molibdeno en la aleación F2 mejora sustancialmente la resistencia a la corrosión, el comportamiento electroquímico es similar al AISI 316 LVM, por lo cual, las aleaciones Fermanal, son materiales apropiados para aplicaciones biomédicas. Palabras clave: corrosión, ringer lactato, biomaterial, tribología. Wear study and electrochemical evaluation of FeMnAl alloys and AISI 316 LVM steel in simulated body fluid Abstract This study present the results obtained by comparing the corrosive properties of two Fermanal austenitic alloys Mn -22.6, Al- 6.30, C- 0.68, Cr- 3.10, Fe- 67.33 (F1) and Mn- 30, Al- 8.5, C-1, Cr -3.20, Mo- 1.10, Fe- 56.20 (F2) with the AISI316LVM steel with the purpose of determine the viability of this alloys as bony substitutions. The electrochemical properties were evaluated trough potential measures, Tafel curves polarization and lineal polarization resistance (LPR) with ringer lactate as simulated biological fluid. For the tribological test a pin on disk tribometer was used to determinate wear mark morphology. The results showed that the molybdenum addition in the F2 alloy improves substancially the corrosion resistance, the electrochemistry behavior is similar to AISI 316 LVM, therefore, the Fermanal alloys is appropriate materials for biomedical applications. Keywords: corrosion, ringer lactate, biomaterial, tribology

Optimización de las propiedades de tracción de compuestos de matriz polimérica reforzada con partículas de magnetita por diseño experimental

A full-factorial 33 experiment was used in this study to determine the optimal values of the tensile properties of three composite materials manufactured based on three polymeric resins: Derakane Momentum epoxy vinyl ester based on bisphenol-A (DM-411), polyester based on terephthalic acid (P115-A), and isophthalic polyester (P2000). Such materials were reinforced with magnetite powders at concentrations of 10, 20, and 30 wt %, and the particle sizes were classified with three sieves: #200 (46–75 μm), #325 (26–45 μm), and #500 (0–25 μm). The compounds were manufactured using the hand lay-up method at room temperature in accordance with ASTM D638-14 for M1-type specimens. A tensile test was conducted on a universal Microtest EM2/300/FR machine at a test speed of 5 ± 25 % mm/min using an Epsilon extensometer calibrated in accordance with the ASTM E83 standard at 20 ± 2 °C. The magnetite powders and compound morphology were studied by Scanning Electron Microscopy. The mechanical properties of the compounds and the optimal response found by Analysis of Variance (ANOVA) and Response Surface Methodology (RSM) are also reported. The best response to the mechanical stimuli occurs with the composite material prepared with the epoxy vinyl ester resin DM-411, a concentration of 29.4 % of magnetite (Fe3O4), a particle size of 58.5 microns, and a 200 sieve.Un diseño factorial completo de 33 fue desarrollado con el fin de determinar los valores óptimos en las propiedades de tracción de tres tipos de materiales compuestos fabricados a base de resinas poliméricas epoxy-vinylester (DM-411) base bisfenol-A, poliéster (P115-A) base de ácido tereftálico, y poliéster (P2000) base de ácido isoftálico, reforzados con polvos de magnetita en concentraciones de 10, 20 y 30 % porcentaje en peso (Wt) con tres tamaños diferentes de partícula en el relleno, tamices #200 (46-75 μm), #325 (26-45 μm) y #500 (0-25 μm). Los compuestos se fabricaron utilizando el método de moldeo manual a temperatura ambiente, según ASTM D638-14 para muestras de tipo M1. Los ensayos de tracción se realizaron en una máquina universal microtest EM2/300/FR a una velocidad de prueba de 5 x 25 % mm/min, utilizando un extensómetro Epsilon calibrado de acuerdo con la norma ASTM E83 a 20°C. Los polvos de magnetita y la morfología de los materiales compuestos se estudiaron mediante microscopía electrónica de barrido. Se reportan las propiedades mecánicas de los compuestos y la respuesta óptima encontrada por análisis de varianza (ANOVA) y superficies de respuesta (RSM). La mejor respuesta a los estímulos mecánicos se produce con el material compuesto fabricado a base de resina epoxi -vinilester DM-411, con una concentración media de 29,4 % de magnetita Fe3O4 y tamaño medio de partícula de 58,5 micras la cual corresponde a un tamiz 200

Estudio del desgaste y evaluación electroquímica de aleaciones FeMnAl y acero AISI 316 LVM en fluido biológico simulado

Resumen En este estudio se presentan los resultados obtenidos al comparar las propiedades de resistencia a la corrosión de dos aleaciones austeníticas Fermanal Mn – 22,6, Al- 6,30, C- 0,68, Cr- 3,10, Fe- 67,33 (F1) y Mn- 30,0, Al- 8,5, C-1, Cr -3,20, Mo- 1,10, Fe- 56,20 (F2) frente a las del acero AISI 316 LVM con el propósito de determinar la viabilidad de dichas aleaciones como reemplazos óseos. Las propiedades electroquímicas se evaluaron mediante medidas de potencial, curvas de polarización Tafel y resistencia a la polarización lineal (LPR), con ringer lactato como fluido biológico simulado. Para la pruebas tribológicas se utilizó un tribómetro pin on disk y se determinó la morfología de la huella de desgaste. Los resultados mostraron que la adición de molibdeno en la aleación F2 mejora sustancialmente la resistencia a la corrosión, el comportamiento electroquímico es similar al AISI 316 LVM, por lo cual, las aleaciones Fermanal, son materiales apropiados para aplicaciones biomédicas. Palabras clave: corrosión, ringer lactato, biomaterial, tribología. Wear study and electrochemical evaluation of FeMnAl alloys and AISI 316 LVM steel in simulated body fluid Abstract This study present the results obtained by comparing the corrosive properties of two Fermanal austenitic alloys Mn -22.6, Al- 6.30, C- 0.68, Cr- 3.10, Fe- 67.33 (F1) and Mn- 30, Al- 8.5, C-1, Cr -3.20, Mo- 1.10, Fe- 56.20 (F2) with the AISI316LVM steel with the purpose of determine the viability of this alloys as bony substitutions. The electrochemical properties were evaluated trough potential measures, Tafel curves polarization and lineal polarization resistance (LPR) with ringer lactate as simulated biological fluid. For the tribological test a pin on disk tribometer was used to determinate wear mark morphology. The results showed that the molybdenum addition in the F2 alloy improves substancially the corrosion resistance, the electrochemistry behavior is similar to AISI 316 LVM, therefore, the Fermanal alloys is appropriate materials for biomedical applications. Keywords: corrosion, ringer lactate, biomaterial, tribology

Evaluación tribológica de recubrimientos híbridos tipo sol-gel SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20)

Resumen Los recubrimientos híbridos tipo sol-gel son utilizados para crear películas protectoras a temperatura ambiente. Se desarrollaron pruebas de desgaste sobre recubrimientos híbridos tipo sol-gel de SiTiZr (10/20/70) y SiTiZr (10/70/20), para determinar las propiedades tribológicas del recubrimiento y el efecto de la adición de titanio y circonio. Mediante la utilización de un equipo tipo pin-disco se determinaron los coeficientes de fricción. La evaluación con microscopía electrónica de barrido permitió caracterizar el tipo de desgaste. Se realizó un estudio perfilométrico para determinar la rata de desgaste. Se determinó el espesor del recubrimiento mediante el análisis de la diferencia de alturas entre el sustrato y el recubrimiento. Se concluyó que el recubrimiento con mayor contenido de titanio presenta un menor coeficiente de fricción y menor desgaste. Palabras clave: desgaste, fricción, pin-disco, perfilometría. Tribological evaluation of sol – gel hybrid type coatings SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20) Abstract The sol-gel hybrid type coatings are used to create protective films at room temperature. Wear tests were developed on sol–gel hybrid coatings SiTiZr (10/20/70) and SiTiZr (10/70/20), to determine the coating tribological properties and the titanium and zirconium addition effect. Wear tests were developed on sol-gel hybrid coatings. Using a pin on disk type equipment coefficients of friction were determined. Scanning electron microscopy allowed e characterization of the wearing type. A profilometric study was conducted to determine the rate of wear. It was determined the thickness of the coating by analyzing the difference in height between the substrate and coating. It was concluded that the coating with a higher content of titanium has a lower coefficient of friction and wear. Keywords: wear, friction, pin on disk, profilometry

Electrospun membranes with magnetite NPS for potential use of heavy metals ion adsorption

Water contamination by heavy metal ions is a current problem that affects human health and occurs mainly due to anthropogenic activities. One of the main mechanisms for water decontamination is the use of magnetic adsorbent materials, because it is a method of easy implementation, low cost and easy recovery, with the use of an external magnetic field. In this study, an electrospun polymeric membrane of PVDF-PS with magnetite (Fe3O4) nanoparticles was successfully fabricated. The morphological characterization of the membrane with SEM showed that the fibers reach a diameter of around 2.5 µm, increasing the contact surface area for the adsorption of heavy metal ions. The magnetic nature of the electrospun membrane is calculated with a vibrating sample magnetometer (VSM), which shows that the material is superparamagnetic in nature due to the incorporation of magnetite nanoparticles. These characteristics of adsorbent materials are relevant for potential use in heavy metal adsorption processes.La contaminación del agua por iones metálicos pesados es una problemática actual que afecta la salud humana y se da principalmente por las actividades antropogénicas. Uno de los principales mecanismos de descontaminación del agua, es el uso de materiales adsorbentes magnéticos, debido a que es un método de fácil implementación, bajo costo y fácil recuperación, con el uso de un campo magnético externo. En este estudio se fabricó con éxito una membrana polimérica electrohilada de PVDF-PS con nanopartículas de magnetita (Fe3O4). La caracterización morfológica de la membrana con SEM, demostró que las fibras alcanzan un diámetro de alrededor de 2.5 µm, aumentando el área superficial de contacto para la adsorción de los iones metálicos pesados. La naturaleza magnética de la membrana electrohilada se determinó con un magnetómetro de muestra vibrante (VSM), la cual muestra que el material es de carácter superparamagnético debido a la incorporación de las nanopartículas de magnetita. Estas características de materiales adsorbentes son relevantes para potencial uso en procesos de adsorción de metales pesados

Evaluación tribológica de recubrimientos híbridos tipo sol-gel SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20)

Resumen Los recubrimientos híbridos tipo sol-gel son utilizados para crear películas protectoras a temperatura ambiente. Se desarrollaron pruebas de desgaste sobre recubrimientos híbridos tipo sol-gel de SiTiZr (10/20/70) y SiTiZr (10/70/20), para determinar las propiedades tribológicas del recubrimiento y el efecto de la adición de titanio y circonio. Mediante la utilización de un equipo tipo pin-disco se determinaron los coeficientes de fricción. La evaluación con microscopía electrónica de barrido permitió caracterizar el tipo de desgaste. Se realizó un estudio perfilométrico para determinar la rata de desgaste. Se determinó el espesor del recubrimiento mediante el análisis de la diferencia de alturas entre el sustrato y el recubrimiento. Se concluyó que el recubrimiento con mayor contenido de titanio presenta un menor coeficiente de fricción y menor desgaste. Palabras clave: desgaste, fricción, pin-disco, perfilometría. Tribological evaluation of sol – gel hybrid type coatings SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20) Abstract The sol-gel hybrid type coatings are used to create protective films at room temperature. Wear tests were developed on sol–gel hybrid coatings SiTiZr (10/20/70) and SiTiZr (10/70/20), to determine the coating tribological properties and the titanium and zirconium addition effect. Wear tests were developed on sol-gel hybrid coatings. Using a pin on disk type equipment coefficients of friction were determined. Scanning electron microscopy allowed e characterization of the wearing type. A profilometric study was conducted to determine the rate of wear. It was determined the thickness of the coating by analyzing the difference in height between the substrate and coating. It was concluded that the coating with a higher content of titanium has a lower coefficient of friction and wear. Keywords: wear, friction, pin on disk, profilometry