Resistencia al desgaste y corrosión de AISI 316L nitrurado por dos diferentes métodos asistidos por plasma

Abstract

El acero inoxidable austenítico AISI 316L, muy requerido por la industria química y alimenticia, entre otras, presenta una excelente resistencia a la corrosión pero su baja dureza y resistencia al desgaste limitan sus aplicaciones, por lo que es necesario mejorar sus propiedades tribológicas preservando sus propiedades anticorrosivas. La nitruración iónica es un tratamiento de difusión termoquímica asistido por plasma que modifica las capas superficiales del material, confiriéndole una dureza superior a la del material base. Entre otros métodos de nitruración se cuentan Plasma Immersion Ion Implantation (PIII), que es un tratamiento que consiste en la implantación de iones a altas energías sobre el contorno completo de la pieza, combinado con la difusión, y la nitruración DC, que es un tratamiento de difusión termoquímica asistido por plasma, más extendido industrialmente. En este trabajo se comparan los resultados de microestructura y la resistencia al desgaste de AISI 316L nitrurado por PIII a 430 °C, durante 90 minutos y nitruración iónica DC pulsada en un equipo industrial a 400 °C, en una mezcla de 20 % N2-H2 por 20 horas y en un equipo experimental a 410 °C, en una mezcla de 24 % N2-H2 por 6 horas. Las propiedades estructurales y tribológicas fueron evaluadas por DRX, microscopía óptica y electrónica (SEM), microdureza y ensayos de pin – on - disk. Las micrografías permitieron medir la capa modificada y los ensayos de pin-on-disk evidenciaron que todas las muestras perdieron mucho menos masa que la patrón y que la tratada con PIII y la nitrurada en equipo experimental presentaron los mejores resultados. En todos los casos, se comprobó que su resistencia a la corrosión no fuera afectada. Se las sometió a la prueba de hisopado con sulfato de cobre pentahidratado, sensitización con ácido oxálico y ensayos de polarización cíclica, obteniéndose resultados aceptables.

The AISI 316L is widely used for the chemical and food industries because it has an excellent corrosion resistance, but its hardness and wear resistance should be improved to extend its application without losing anticorrosion properties. Ion nitriding is a plasma assisted thermochemical method of diffusing nascent nitrogen into the surface of steels. Among others nitriding methods plasma Immersion Ion Implantation (PIII) can be found, which consists in ion implantation at high energies to a workpiece immersed in a plasma. This work compares the results of the microstructure and wear resistance of AISI 316L stainless steel nitrided by PIII at 430 °C during 90 minutes and pulsed DC ion nitriding in an industrial equipment at 400 °C in a mixture of 20 % N2-H2 for 20 hours and in an experimental equipment at 410 °C in a mixture of 24 % N2-H2 for 6 hours. The microstructural and tribological properties were evaluated by XRD, optical and electronic microscope, microhardness and pin-on-disk tests. The micrographs were used to measure the modified layer and the pin-on-disk tracks showed that all the samples lost much more mass than the untreated sample. Also that the one treated with PIII and the one nitrided in the experimental equipment presented the best results. It was verified that the corrosion resistance had not been affected in any of the studied cases. The samples were subjected to the drop test with Copper(II) sulphatepentahydrate, oxalic acid sensitization and cyclic polarization tests, which produced acceptable results.