Estudio de las capas de boro con un nuevo modelo de transferencia de masa

• Autores: Martín Ortiz Domínguez, Angel J. Morales Robles, Arturo Cruz Avilés, Jorge Zuno Silva
• Localización: Ingenio y Conciencia Boletín Científico de la Escuela Superior Ciudad Sahagún, ISSN-e 2007-784X, Vol. 12, Nº. 23, 2025 (Ejemplar dedicado a: Ingenio y Conciencia Boletín Científico de la Escuela Superior Ciudad Sahagún), págs. 1-28
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Boronize layers studied with a new mass transfer model
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• Resumen
  • español

    Este trabajo de investigación se enfoca en el crecimiento de los recubrimientos Fe2B formadas sobre la superficie del acero 35NiCrMo4 durante el proceso de borurización sólida. La morfología y el grosor de los recubrimientos de boruro se evaluaron mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y microscopía óptica (MO). Se propuso un nuevo modelo matemático de transferencia de masa para determinar los coeficientes de difusión del boro en los recubrimientos de Fe2B. Se identificó la presencia de recubrimientos de boruro con morfología de dientes de sierra, distribuidas uniformemente por la superficie del sustrato. La composición química y los constituyentes de fase de la capa de boruro se examinaron mediante espectroscopia de dispersión de energía de rayos X (EDS) y análisis de difracción de rayos X (XRD). Como resultado de estos análisis, se detectó la presencia de una capa de boruro monofásica (Fe2B). Las pruebas de microdureza indicaron que la superficie de la muestra borurada tenía una dureza media de alrededor de 1900 HV. Se realizaron pruebas de desgaste utilizando el método de pin on disc en condiciones de deslizamiento en seco a temperatura ambiente, para evaluar el coeficiente de fricción (COF) de las muestras boruradas (promedio ≈ 0.35) y no tratadas (0.725), obteniéndose un efecto positivo de aproximadamente 200% del recubrimiento borurado sobre la resistencia al desgaste. El modelo matemático se validó empíricamente para dos condiciones de tratamiento suplementarias para 1223 K durante 3 h y 1273 K durante 1.5 h, donde el error porcentual para ambas condiciones se estimó alrededor de 2.5%. Por último, se realizó un análisis ANOVA donde se consideraron los factores de temperatura y tiempo, el estudio sugiere que los factores tienen un efecto significativo sobre la variable dependiente (u), donde la temperatura (T) contribuye con un 64.68%, el tiempo (t) con un 27.37% y la combinación de ambos factores (T×t) con un 5.13%.

  • English

    This research work focuses on the growth of Fe2B coatings formed on the surface of 35NiCrMo4 steel during the solid boriding process. The morphology and thickness of the boride coatings were evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM) and optical microscopy (OM). A new mathematical mass transfer model was proposed to determine the diffusion coefficients of boron in Fe2B coatings. The presence of boride coatings with sawtooth morphology, uniformly distributed over the substrate surface, was identified. The chemical composition and phase constituents of the boride layer were examined by X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction analysis (XRD). As a result of these analyses, the presence of a single-phase boride layer (Fe2B) was detected. Microhardness tests indicated that the surface of the borided sample had an average hardness of about 1900 HV. Wear tests were performed using the pin on disc method under dry sliding conditions at room temperature to evaluate the coefficient of friction (COF) of the borided (average ≈ 0.35) and untreated (0.725) samples, obtaining a positive effect of about 200% of the boride coating on wear resistance. The mathematical model was empirically validated for two supplementary treatment conditions for 1223 K for 3 h and 1273 K for 1.5 h, where the percentage error for both conditions was estimated to be around 2.5%. Finally, an ANOVA analysis was performed where temperature and time factors were considered, the study suggests that the factors have a significant effect on the dependent variable (u), where temperature (T) contributes 64.68%, time (t) 27.37% and the combination of both factors (T×t) 5.13%.