Evaluation of morphology, wear and corrosion resistance of ZrO2-Al2O3/Ni coatings deposited on carbon steel substrates with flame spraying

Evaluación de la morfología, resistencia al desgaste y a la corrosión de recubrimientos de ZrO2-Al2O3/Ni depositados sobre sustratos de acero al carbono

En este trabajo se reporta el comportamiento a la corrosión, al desgaste y morfología de recubrimientos bicapa elaborados por proyección térmica oxiacetilénica sobre sustratos de acero AISI SAE 1020. 

La primera capa (bond coat) de una aleación base Ni (CPM 1205^TM) y la segunda de un compuesto de ZrO₂-36% en peso de Al₂O₃ (MetaCeram 25088^TM). El recubrimiento cerámico se depositó usando llama oxidante y súper-oxidante, obtenidas de la relación combustible/comburente 1:2,8 y 1:4,3, respectivamente, para distancias de proyección de 8, 9 y 10 cm. La resistencia a la corrosión fue evaluada por espectroscopia de impedancia electroquímica EIS, el desgaste fue analizado usando tribómetro MicroTest en configuración bola-disco, y la morfología se estudió usando microscopia electrónica de barrido (MEB). Los resultados evidencian una morfología superficial propia de este tipo de recubrimientos, así como la presencia de zonas bimodales formada de partículas nanométricas sin fundir rodeadas por partículas fundidas. Se encontró que la resistencia al desgaste y microdureza Vickers de los recubrimientos cerámicos no variaron significativamente al cambiar el tipo de llama y la distancia de proyección. Al comparar la resistencia a la corrosión de sustrato (acero AISI SAE 1020) y de las muestras recubiertas se observó para estas un incremento significativo de aproximadamente 27 veces, por otra parte, se reporta que para la llama súper-oxidante la resistencia a la polarización se incrementa al aumentar la distancia de proyección, mientras para la llama oxidante el comportamiento fue inverso. En general, los resultados muestran la versatilidad de la técnica de proyección térmica por llama, permitiendo realizar recubrimientos bicapas de ZrO₂-Al₂O₃/Ni eficientes para proteger superficies de acero AISI SAE 1020 expuestos a ambientes corrosivos y erosivos.

INTRODUCCIÓN

Los materiales de las turbinas, tubos de escape, chimeneas, hornos, secadores, calderas y tuberías, entre otros, están frecuentemente expuestos a ambientes erosivos y corrosivos, lo que provoca una reducción de la vida útil y grandes gastos de mantenimiento [1-3]. Un ejemplo de ello es la exposición de las infraestructuras de transporte de la industria petrolera, generalmente de acero AISI SAE 1020, a altas temperaturas y presiones cuando se transporta el crudo y sus derivados [4]. Los recubrimientos cerámicos actúan como método alternativo de protección contra la corrosión y el desgaste de estos materiales [4-6].

Una técnica de pulverización térmica que utiliza una llama de oxiacetileno puede aplicarse para proteger y recuperar piezas metálicas desgastadas [4-7] fabricando revestimientos de cien micras de espesor en una, dos o más capas. Para estos recubrimientos, se aplica una capa inicial de anclaje (bond coat), que suele ser una aleación de base níquel cuya función es mejorar la adhesión del recubrimiento cerámico al sustrato metálico y protegerlo contra la corrosión [5-6].