Evaluación superficial del acero al carbono implantado con iones de nitrógeno
Felipe Sanabria-Martinez- Ely Dannier Valbuena-Niño
- Miryam Rincon-Joya
- Fernando Viejo-Abrante
Publicado 2020-01-04
Palabras clave
- aleaciones ferrosas,
- modificación superficial,
- implantación iónica,
- caracterización fisicoquímica
Cómo citar
Derechos de autor 2020 Revista UIS Ingenierías
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-SinDerivadas 4.0.
Resumen
El presente trabajo de investigación propone mediante técnicas analíticas de caracterización, evaluar la estructura de materiales ferrosos modificados superficialmente mediante la tecnología plasma de implantación iónica tridimensional. Substratos de acero al carbono, inmersos en una atmosfera gaseosa, fueron implantados sobre la superficie con iones de nitrógeno por medio de la activación de una descarga pulsada de alto voltaje a bajas presiones. Se verificó el efecto del tratamiento superficial sobre la morfología, estructura y composición de las superficies implantadas con nitrógeno mediante técnicas microscópicas y espectroscópicas. Los resultados obtenidos por microscopia electrónica de barrido y espectroscopia de rayos X de energía dispersa muestran las morfologías y concentraciones de las especies presentes en la superficie de los substratos implantados y no implantados con iones de nitrógeno. Los espectros de difracción de rayos X muestran una disminución en la intensidad de los planos (110), (200), (211) del sustrato implantado con nitrógeno respecto al sustrato no implantado. Los espectros Raman muestran la formación de compuestos sobre los sustratos implantados con iones de nitrógeno, encontrándose principalmente fases de óxidos e hidróxidos de hierro, típicos productos de corrosión uniforme.
Descargas
Referencias
[2] E. D. Niño, et al., “Aplicación de descargas simultáneas de alto voltaje y arco eléctrico para el tratamiento superficial avanzado de metales,” ITECKNE, vol. 9, no 1, pp. 14-20, 2012.
[3] E. Mccafferty, “Effect of ion implantation on the corrosión behavior of iron, stainless steels, and aluminum – A review”. Corrosion (NACE international), vol. 57, no 12, pp. 1011-1029, 2001.
[4] T. D. Radjabov, “Improvement of the corrosión properties of metals by ion implantation,” Rev. Vacuum, vol. 38, no 11, pp 979-985, 1988. doi: 10.1016/0042207X(88)90558-1.
[5] A. Pabón, “Estimación de la dosis y profundidad de iones implantados en la superficie de acero al Carbono,” degree final project, Universidad Industrial de Santander, 2014.
[6] L. Wegmann, The historical development of ion implantation. New York, US. Ziegler, J.F. 1984.
[7] A. Anders, “Metal plasm immersion ion implantation and deposition: a review,” Rev. Surface and Coatings technology, vol. 93, pp 158-167, 1997. doi: 10.1016/S0257-8972(97)00037-6
[8] H. J. Dulce, “Implantación iónica tridimensional mediante descargas de alto voltaje a bajas presiones del dispositivo JUPITER,” Ph.D. dissertation, Universidad Industrial de Santander, 2002.
[9] E. D. Niño et al. “Determinación de la velocidad de corrosión de aceros AISI SAE 1010, 1020, 1045 implantados con iones Ti,” Tumbaga, vol. 7, pp. 37-45, 2012.
[10] E. D. Niño, H.J. Dulce, V.D. Dougar, “Caracterización del Acero AISI 4140 implantado por iones Nitrógeno,” Rev. Colombiana de Física, vol. 42, no. 3, pp. 387-392, 2010.
[11] E.D. Niño, V.D. Dougar, “Comportamiento del acero SAE 4140 implantado con iones nitrógeno en ambientes hidrogenados,” Rev. Colombiana de Física, vol. 38, pp. 61-64, 2006.
[12] E. D. Niño, et al., “Behavior of AISI SAE 1020 steel implanted by Titanium and exposed to bacteria sulphate deoxidizer,” Journal of Physics: Conference Series, vol. 511, 012080, 2014.
[13] V. D. Dougar, J. Dulce, P. Tsygankov, “Implantación iónica tridimensional mediante descargas de alto voltaje a bajas presiones del dispositivo JUPITER,” Respuestas, vol. 8, pp. 19-30, 2002.
[14] F. Sanabria, “Desempeño en medio salino de un acero al carbono modificado superficialmente mediante implantación iónica tridimensional,” degree final project, Universidad Industrial de Santander, 2017.
[15] Standard practice for preparation of metallographic specimens, ASTM E3-95, 2001.
[16] Standard practice for preparing, cleaning, and evaluating corrosion test specimens, ASTM G1-03, 2011.
[17] H. Garnica, “Evaluación del desempeño de superficies en acero al Carbono implantadas con iones Titanio y Nitrógeno frente a bacterias sulfato reductoras,” degree final project, Universidad Industrial de Santander, 2016.
[18] V. I. Khvesyuk, P. Tsygankov, “The use of a hihgvoltaje discharge at low pressure for 3D ion implantation,” Surface and coatings, vol. 96, pp. 68-74, 1997.
[19] V. D. Dougar, J. Dulce, P. Tsygankov, “High voltaje pulse discharge for ion treatment of metals,” AIP, vol. 73, no. 2, pp. 828, 2002. doi: 10.1063/1.1429785
[20] D. Peña, et al., “Evaluación experimental de la resistencia a la corrosión de un acero AISI-SAE 4140 implantado con iones Nitrógeno,” Dyna, vol. 76, no. 159, pp. 43-52, 2009.
[21] X. Zhang, et al., “In situ Raman spectroscopy study of corrosion products on the surface of carbon steel in solution containing Cl- y SO4-2,” Engineering Failure Analysis, vol. 18, pp. 1981-1989, 2011. doi: 10.1016/j.engfailanal.2011.03.007
[22] M Reffass, et al., “Effects of NO2 ions on localised corrosion of steel in NaHCO3 + NaCl electrolytes,” Electrochimica Acta, vol. 53, pp. 7599-7606, 2007. doi: 10.1016/j.electacta.2006.12.040
[23] B.Y.R. Surnam, et al., “Investigating atmospheric corrosion behavior of carbon steel in coastal regions of Mauritius using Raman Spectroscopy,” Revista Materia, vol. 21, no. 1, pp. 157-168, 2016. doi: 10.1590/s1517707620160001.0014
[24] J. Alcantara, “An attempt to classify the morphologies presented by different rust phases formed during the exposure of carbon steel to marine atmospheres”, Materials Characterization, vol. 118, pp. 65-78, 2016. doi: 10.1016/j.matchar.2016.04.027
[25] D. De la Fuente, et al., “Characterization of rust surfaces formed on mild steel exposed tomarine atmospheres using XRD and SEM/Micro-Raman techniques,” Corrosion Science, vol. 110, pp 253-264, 2016. doi: 10.1016/j.corsci.2016.04.034
[26] A. Fraga, et al., “Soil Corrosion of the AISI1020 steel buried near electrical power transmission line towers,” Materials Research, vol. 17, no 6, pp 16371643, 2014. doi: 10.1590/1516-1439.305714.
[27] M. Criado, S. Martínez, J. M. Bastidas, “A Raman spectroscopy study of steel corrosion products in activated fly ash mortar containing chlorides,” Construction and Building Materials, vol. 96, pp 383390, 2015. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.08.034
[28] J. Sei, D.C. Cook, “Townsend H.E. Characterization of iron oxide commonly formed as corrosion products on Steel,” Hyperfine Interactions, vol. 112, pp. 59-66, 1998. doi: 10.1023/A:1011076308501
[29] F. Sanabria, F. Viejo, E.D.V. Niño, “Performance in saline environment of a carbon steel surface modified by three dimensional ion implantation,” Journal of Physics: Conference Series, vol. 1403, pp 1-7, 2019.