Structural and thermodynamic analysis of whiskers on the surface of grey cast iron

Análisis estructural y termodinámico de los bigotes en la superficie de la fundición gris

El artículo se centra, en primer lugar, en la caracterización de los bigotes en la superficie de la fundición gris y, en segundo lugar, ofrece una explicación del crecimiento de los bigotes basada en cálculos termodinámicos. Los bigotes se observaron en la superficie de las placas calientes para la estufa eléctrica después del recubrimiento de óxido negro (ennegrecimiento) realizado el horno a 650°C con el fin de producir una capa protectora principalmente de magnetita (Fe₃O₄). Sin embargo, los bigotes causaron manchas marrones en la superficie gris oscura y, por tanto, la superficie quedó estéticamente dañada. Las investigaciones confirmaron que los bigotes son de hematita (Fe₂O₃); sin embargo, los cálculos termodinámicos presentan que la hematita puede formarse como resultado de la oxidación de la magnetita si se aumenta la presión parcial de oxígeno durante el ennegrecimiento.

INTRODUCCIÓN

La superficie de una placa caliente de fundición gris utilizada para la cocina eléctrica presenta muchas manchas marrones (Figura 1) tras el recubrimiento de óxido negro (ennegrecimiento). El ennegrecimiento [1] se utiliza principalmente para producir una capa protectora de óxido oscuro (gris) [2,3] en la superficie que consiste predominantemente en magnetita (Fe₃O₄); sin embargo, también previene contra la corrosión y la abrasión, y puesto que también tiene un papel decorativo, la aparición de manchas marrones en la superficie no es aceptable [4]. Antes del ennegrecimiento se hacen las ranuras en la superficie de la placa caliente mediante torneado [5-7].

El proceso de recubrimiento de óxido negro de la placa caliente se llevó a cabo en el horno a 650 °C. Para conseguir la atmósfera adecuada para producir una fina capa de óxido en la superficie de la fundición gris se quemó madera [8]. La temperatura máxima en el horno de 650 °C se alcanza al cabo de cuatro horas, mientras que todo el proceso dura ocho horas.

EXPERIMENTAL

Para la caracterización microestructural de las manchas marrones en la superficie de la fundición gris que se han observado después del ennegrecimiento se utilizó un microscopio electrónico de barrido Jeol JSM 5610 equipado con un espectrómetro de rayos X de dispersión de energía (EDXS) [9]. La tensión acelerada del haz de electrones fue de 20 keV. También se realizó un análisis de difracción de rayos X para la identificación de fases. Para ello se utilizó un difractómetro de rayos X PANalytical X´Pert PRO (longitud de onda de radiación CuKα₁= 1,5406 Å) con monocromador Johansson para fl en las muestras.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Una observación detallada de la superficie de la fundición gris después del ennegrecimiento utilizando el microscopio electrónico de barrido reveló que la superficie con manchas marrones (Figura 1) está cubierta de bigotes [10-14] (Figura 2), mientras que la superficie en la que no se han observado manchas marrones muestra el típico patrón de óxido (Figura 3) que refleja la orientación del grano del material base.