Assessment of the effectiveness of 316L austenitic steel unconventional glow discharge nitriding

Evaluación de la eficacia de la nitruración por descarga luminosa no convencional de acero austenítico 316L

Se investigó el acero austenítico de grado 316L después de la nitruración por descarga luminosa a una temperatura de τ=733 K durante una duración de τ = 61,2 ks y cuatro variantes diferentes de disposición de las probetas en la cámara de descarga luminosa. Para evaluar la eficacia de las variantes del proceso de nitruración, se realizó el examen del análisis del perfil de las capas superficiales obtenidas, los ensayos de dureza superficial y el examen del perfil de dureza de las capas superficiales, el análisis de las estructuras de las capas superficiales y el desgaste abrasivo. Se ha comprobado que la aplicación de las pantallas de refuerzo provoca un aumento de la profundidad de difusión del nitrógeno en el acero austenítico 316L nitrurado y, por tanto, un aumento del espesor de las capas superficiales obtenidas.

INTRODUCCIÓN

Debido a su buena resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, resistencia al calor y fácil conformabilidad, los aceros austeníticos al cromo-níquel han encontrado aplicación en numerosas ramas de la industria. Una de sus numerosas aplicaciones es la industria biomédica. Se utilizan para la producción de diversos tipos de implantes ortopédicos y dentales, entre otros, y para la instrumentación médica [1]. Los aceros austeníticos de los tipos 18-8 y 17-12-2L son los más utilizados para estos fines. Tienen propiedades similares, aunque el acero 17-12-2L presenta una mayor resistencia a la corrosión por picaduras y grietas debido a su mayor contenido en níquel y a la adición de un 2 % de molibdeno que, junto con el cromo, estabiliza la película de óxido pasiva por la presencia de cloruros [2].

Además de una buena resistencia a la corrosión, los materiales utilizados para los implantes requieren una buena resistencia al desgaste abrasivo. Desgraciadamente, debido a la baja dureza y a la escasa resistencia tribológica de los aceros inoxidables austeníticos, se ha observado un desgaste abrasivo acelerado del material entre la cabeza del implante y el acetábulo de la articulación de la cadera [3,4]. Las soluciones modernas para prevenir este fenómeno adverso se basan en métodos de ingeniería de superficies [5,6]. Entre los métodos más utilizados se encuentra la nitruración [7]. Sin embargo, la nitruración de aceros con alto contenido en cromo se enfrenta a muchos problemas debido a la existencia de una película de óxido muy compacta en su superficie, que dificulta o imposibilita el proceso de nitruración. En la práctica, esta dificultad puede superarse mediante soluciones de pretratamiento superficial, como el grabado y la fosfatación, la introducción de aditivos, como el cloruro de amonio o el HCl, en la cámara de reacción, la utilización de diversos tratamientos, como la descarga luminosa o el tratamiento con plasma, o, por último, la aplicación previa de pulverización catódica en condiciones de descarga luminosa con nitruración gaseosa posterior [8].

Uno de los métodos de nitruración que elimina la necesidad de utilizar costosas operaciones de pretratamiento superficial es la nitruración por descarga luminosa.