RINFI fue desarrollado en colaboración con INTEMA y la Biblioteca de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata. A mi familia, por ser un pilar de apoyo incondicional durante todo el curso, no sólo del curso, sino también del proyecto final.
Resumen
Introducción
A partir de la recopilación y análisis de información de los ensayos de corrosión, será posible determinar de forma comparativa el comportamiento de los recubrimientos en las condiciones estudiadas.
Marco teórico
Fundiciones de hierro
- Morfología del grafito en las fundiciones de hierro
- Fundiciones de hierro con grafito esferoidal (FE)
- Clasificación del tipo de matriz en las FE
- Fundiciones esferoidales austemperadas (ADI)
- Transformación ausferrítica
- Parámetros del tratamiento térmico y su influencia en la microestructura
- Variación de las propiedades mecánicas de las ADI
- Estabilidad microestructural de ADI
La microestructura de la matriz y las propiedades finales son las más afectadas por la temperatura y el tiempo de templado. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, estas propiedades características de la ADI dependen principalmente de la temperatura de la atmósfera.
Tratamientos superficiales
- Tratamientos de modificación superficial
- Recubrimientos duros
- Procesos de deposición de recubrimientos duros
- Proceso de deposición en estado gaseoso
- Deposición física en fase vapor (PVD)
- Principales propiedades de los recubrimientos duros
- Adherencia de los recubrimientos
- Dureza
- Espesor de película
Todos estos compuestos confieren a la superficie del material un aumento de dureza junto con estabilidad química y térmica. Los procesos de deposición gaseosa son los más comunes y utilizados en la industria en la aplicación de recubrimientos duros.
Tipos de corrosión
- Clasificación de los procesos de corrosión según el medio
- Proceso de corrosión química
- Proceso de corrosión electroquímica
- Ensayos de corrosión
- Pérdida de peso
- Ensayos de corrosión electroquímicos
Las pruebas de corrosión medidas por pérdida de peso son los métodos más simples y más utilizados. Las curvas de polarización y la extrapolación de Tafel son métodos que se utilizan juntos para determinar la velocidad de corrosión de un metal utilizando la densidad de corriente de corrosión. Como se vio antes, el potencial de corrosión (Ecorr) ocurre cuando la corriente anódica es igual a la corriente catódica, y en ese punto se obtiene la corriente de corrosión (icorr).
Del análisis de los picos de corriente a frecuencias armónicas y de modulación se puede obtener la velocidad de corrosión y las pendientes de Tafel. Finalmente, obtenemos las expresiones para la densidad de corriente de corrosión (17), la pendiente de Tafel anódica (18) y la pendiente de Tafel catódica (19):
Objetivo general del proyecto
Objetivos específicos del proyecto
Metodología experimental
Material de partida
Preparación de las probetas (sustratos)
Aplicación de los recubrimientos
Caracterización de las probetas sin recubrir y recubiertas
- Espesor
- Topografía superficial
- Determinación de las fases presentes y tensiones residuales
- Determinación del parámetro de red y el contenido de aluminio de los recubrimientos . 62
- Determinación de la adherencia de los recubrimientos
Diagrama de difracción en función de parámetros para aplicación de la ley de Bragg. El ángulo ψ es el que existe entre la normal a la superficie del material y la bisectriz entre los rayos incidente y eliminado. El parámetro reticular de los recubrimientos se determinó a partir de la posición angular del pico de difracción asociado con el plano (111) de la red cúbica, equipado con una función pseudo-Voight.
Por otro lado, el contenido de aluminio en los recubrimientos se determinó con base en la ley de Vegard, tal como se aplica a compuestos ternarios con estructura cúbica. La compliancia de la máquina y la geometría del indentador fueron previamente calibradas mediante el método de Oliver-Pharr según Oliver et al.
Ensayos de corrosión
- OCP: Potencial a circuito abierto
- CP: Curvas de polarización y extrapolación de Tafel
- Rp: Resistencia a la polarización
- EIS: Espectroscopía de impedancia electroquímica
- EFM: Modulación de frecuencia electroquímica
Esquema de la celda electroquímica disponible en INTEMA para la realización de ensayos de corrosión. Se utilizarán las gráficas que se consideren más representativas de cada prueba y los resultados obtenidos se ajustarán a una media del número de pruebas realizadas por muestra. Una vez obtenidos todos los valores de la prueba, utilizando las herramientas del software OriginLab, se graficó el potencial en función de la densidad de corriente, y aplicando una regresión lineal en un intervalo envolvente a cero, se obtuvo la pendiente de la recta. el cual representa el valor de Rp (se tuvo en cuenta la consideración del área probada) como se indica en la Figura 37.
Para el análisis, los sistemas se modelaron con un circuito equivalente de Randles (para ADI sin recubrimiento) y un circuito equivalente de capa porosa (para ADI recubierto). En el circuito de la figura 38 b) se pueden observar tres resistencias y dos elementos de fase constante. La Figura 39 muestra un ejemplo de obtención de los parámetros del circuito equivalente a través del diagrama de Nyquist, diagrama de Bode y diagrama de fases, utilizando el software ZView2, en el cual se ingresan los valores semilla para cada una de las variables del circuito. son simulados y repetidos hasta obtener una solución que logre minimizar el error entre la curva obtenida del ensayo y la simulada por el programa.
Resultados y discusiones
Determinación de las propiedades superficiales
- Características del sustrato
- Características de los recubrimientos
Espectros XRD de los recubrimientos obtenidos con el reactor a escala industrial vs ADI. Espectros XRD de los recubrimientos obtenidos con el reactor a escala experimental vs ADI. Por otro lado, el mayor contenido de aluminio de los recubrimientos experimentales puede estar asociado con la condición de deposición utilizada (PBII&D), ya que durante la deposición se produce un efecto de pulverización catódica de la película en crecimiento, debido a la polarización del sustrato.
Esto indica que el contenido de Al de los recubrimientos podría controlarse ajustando la condición de polarización. Estos cambios se pueden atribuir a la presencia de macropartículas en la superficie de los recubrimientos, como se muestra en la Figura 44.
Ensayos de corrosión
- Estabilización del potencial (OCP)
- Resistencia a la polarización (Rp)
- Modulación de frecuencia electroquímica (EFM)
- Espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS)
- Curvas de polarización (CP)
Las pruebas de modulación de frecuencia electroquímica dieron los valores que se muestran en la Tabla 7. Como se puede observar, tanto en la Figura 47 como en la Figura 48, las curvas simuladas coinciden correctamente con los valores obtenidos en los ensayos. Este comportamiento es consistente con lo observado en las pruebas de Rp y las curvas de polarización.
La dispersión de los valores obtenidos de los ensayos es alta debido a la aleatoriedad del proceso corrosivo, así como a la complejidad del sistema en estudio. Valores obtenidos de pruebas de PC en ambos software, promediados con sus respectivos errores porcentuales.
Metalografías
La alta deformación plástica generada por el proceso de rectificado en la superficie del ADI hace que el mecanismo de corrosión opere en su totalidad, debido a la energía acumulada que ofrece la superficie. Se puede observar en la Figura 60 que, además de lo indicado anteriormente, el avance de la picadura se da en las zonas donde el recubrimiento se ha desprendido del sustrato o que el recubrimiento ha presentado algún defecto superficial, ya que no se encontraron daños. debajo de la superficie no lo es. la película. Por lo tanto, siguiendo las mismas pautas que con las muestras industriales, la Figura 61 muestra la sección transversal (profundidad) del área ensayada después de las pruebas de polarización.
A diferencia del corte observado en la probeta industrial, en este caso no fue posible observar la presencia del recubrimiento en la zona probada. Por otro lado, en la Figura 62 se pudo observar (con mayor aumento) una pequeña parte de la capa de recubrimiento depositada por el reactor experimental en la zona circundante a las pruebas.
Discusiones generales
A diferencia de las muestras recubiertas por el reactor industrial, la película depositada por el reactor experimental muestra una irregularidad o discontinuidad pronunciada. Por otro lado, también se puede observar que no son visibles picaduras debajo de la capa de TiAl/TiAlN. La mala adherencia obtenida por los recubrimientos experimentales en comparación con los industriales podría haber sido una de las variables más influyentes en el comportamiento de la corrosión.
Considerando que el objetivo principal de la utilización de este tipo de recubrimiento es mejorar las propiedades tribológicas del material tratado, no obstante se consiguen mejoras en la resistencia a la corrosión con respecto al ADI sin recubrimiento.
Conclusiones
En todos los ensayos de corrosión realizados también se pudo observar una mayor resistencia de los recubrimientos depositados por el reactor a escala industrial respecto a los depositados por el reactor a escala experimental. El mecanismo de corrosión identificado en las muestras recubiertas es de tipo localizado, generando picaduras en zonas preferentes de la superficie. Este mecanismo fue observado en el capítulo 6.3 correspondiente a metalografía, donde los sitios preferidos para la corrosión fueron a expensas de la presencia de nódulos de grafito, ya que presenta áreas de mayor energía.
Dependiendo de la dificultad de realizar las pruebas, se logró extraer la información necesaria para poder diseñar una nueva celda. Se identificaron las desventajas de la celda utilizada y se mejoraron los objetivos realizando pruebas electroquímicas para llevar a cabo el diseño.
Trabajo futuro
FUENTES
Facciolo, Patricio Gabriel (2018): “Propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión de ADI recubiertos con TiN y Ti/TiN mediante procesos PVD”, INTEMA, Repositorio Institucional, proyecto final del programa de ingeniería mecánica - UNMDP, 2018. Jiménez Peña, Elvis Mauricio (2018): “Síntesis y caracterización de nanoestructuras tipo cobre-selenio obtenidas mediante técnicas de microondas y mecanosíntesis”, Revista de la Sociedad Química del Perú, Vol. 2007): "Indentación instrumentada de materiales cerámicos en capas", Materiales de ingeniería clave, vol. Mora, Manuel; Operador, William; Fernández, Orlando; Vera, Enrique; Ortiz, Cesar (2007): “Implementación de la técnica de Modulación de Frecuencia Electroquímica (EFM) mediante Instrumentación Virtual para la Evaluación de Parámetros de Corrosión”, Scientia Et Technica, Volumen 2005): “Composición del Recubrimiento de TiN y Ti1-xAlxN Depositado sobre Al Usando Plasma - deposición asistida por implantación de iones”, Tecnología de superficies y revestimientos p.
Rey, María Candela (2012): “Fundiciones esferoidales 'ADI de doble fase' obtenidas a partir de estructuras ferríticas-perlíticas en estado fundido”, INTEMA, Repositorio Institucional, proyecto final de carrera de ciencias de los materiales, 2012. “Influencia de la multicapa Ti/TiAlN diseños sobre sus tensiones residuales y propiedades mecánicas”, Applied Surface Science, vol. 2003): “Efecto mecanoelectroquímico entre la erosión y la corrosión”, Journal of Materials Science, vol.
Anexo
Modificación de la celda electroquímica
- Secuencia de mecanizado
- Celda cilíndrica
- Base de la celda
- Apoyos o patas
- Centrador
- Despiece y planos acotados
Se realiza un fresado lateral, hasta conseguir una medida de 130mm x 80mm (girando el fijador de sujeción entre caras opuestas) y finalmente, en la misma máquina, taladrar y roscar los cuatro agujeros del fijador base en el soporte. o las piernas. Luego se coloca en el torno sujetándolo en un plato de cuatro mordazas, teniendo la ventaja de desplazarlo hacia un lado y poder centrar el contrapunto 36,5 mm respecto a cada lado de sus 80 mm de largo. . Luego se gira la pieza 90° con respecto a la normal y se realizan los dos agujeros roscados que permitirán fijar las patas a la base.
Para realizar la pieza que servirá como centrador del tubo de ensayo, se comienza con una barra de 25 mm de diámetro y 10 mm de alto (teniendo en cuenta que ya fue cortada previamente), se coloca en el torno y se sujeta con tres -mandíbula fija. arrojar A continuación se adjuntará el despiece del trazado final de la celda de pruebas y los planos de cada pieza, con sus respectivas dimensiones.
