Short-term low-temperature glow discharge nitriding of 316L austenitic steel

Nitruración por descarga luminosa a baja temperatura y corta duración de acero austenítico 316L

Se investigó el acero austenítico AISI 316L después de la nitruración por descarga luminosa a una temperatura de T = 673 K y una duración de τ=14,4 ks, para dos variantes diferentes de disposición de las probetas en la cámara de descarga luminosa. Para evaluar la eficacia del proceso de nitruración, se realizaron el examen del análisis del perfil de las capas superficiales, el examen de la dureza superficial y del perfil de dureza, el análisis de las estructuras de las capas superficiales y ensayos de resistencia a la corrosión. Se ha comprobado que la aplicación de una pantalla de refuerzo produce un aumento de la profundidad de difusión del nitrógeno en la superficie del acero austenítico 316L, lo que se traduce en un aumento del espesor de la capa superficial.

INTRODUCCIÓN

Debido a su buena resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, resistencia al calor y alta conformabilidad, los aceros austeníticos al cromo-níquel han encontrado aplicación en varias ramas de la industria. Una de sus numerosas aplicaciones es la industria biomédica. Los aceros austeníticos se utilizan, entre otras cosas, para fabricar instrumentos médicos y diversos tipos de implantes ortopédicos y dentales [1,2]. Para estos fines se utilizan a menudo aceros austeníticos del tipo 18-8 y 17-12-2L. Tienen propiedades mecánicas 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, en combinación con el cromo, estabiliza la película de óxidos pasivos en presencia de cloruros [3]. Además de una buena resistencia a la corrosión, los materiales utilizados para implantes requieren una alta resistencia al desgaste abrasivo. Lamentablemente, debido a la baja dureza y resistencia tribológica de los aceros inoxidables austeníticos, se ha observado un desgaste abrasivo acelerado de los materiales entre la cabeza y el acetábulo en un implante de articulación de cadera [4,5]. Los métodos modernos para prevenir este fenómeno adverso se basan en el campo de la ingeniería de superficies [6,7]. El método comúnmente utilizado para la modificación de la superficie del material es la nitruración [8]. 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 en la superficie del acero, lo que dificulta o hace casi imposible el proceso de nitruración. En la práctica, este problema se resuelve mediante un pretratamiento de la superficie, por ejemplo, grabando y fosfatando, introduciendo aditivos como cloruro de amonio o ácido clorhídrico en la cámara de reacción o utilizando diversos tratamientos, por ejemplo, tratamiento con plasma y, finalmente, aplicando un pulverizado catódico preliminar en condiciones de descarga luminosa con nitruración gaseosa posterior [9]. El método de nitruración que elimina la necesidad de costosas operaciones de pretratamiento superficial es la nitruración por descarga luminosa. La pulverización catódica de una película pasiva de óxido de cromo durante el calentamiento del material ofrece la posibilidad de realizar la nitruración del acero austenítico como un único proceso [10]. Esta investigación describe el efecto de la nitruración por descarga luminosa sobre las propiedades de la capa superficial del acero austenítico 316L.