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

• Martha Yasmid Ferrer Pacheco ^[1] ; Fabio Vargas Galvis ^[2] ; Enrique Vera López ^[3] ; Carlos Mauricio Moreno Téllez ^[3] ; Gabriel Peña Rodríguez ^[1]
  1. [1] Universidad Francisco de Paula Santander

     Universidad Francisco de Paula Santander

     Colombia

     
  2. [2] Universidad de Antioquia

     Universidad de Antioquia

     Colombia

     
  3. [3] Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

     Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

     Colombia

     

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• Localización: Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería, ISSN-e 0718-3305, ISSN 0718-3291, Vol. 25, Nº. 4, 2017, págs. 721-732
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Evaluación de la morfología, resistencia al desgaste y a la corrosión de recubrimientos de ZrO2-Al2O3/Ni depositados sobre sustratos de acero al carbono mediante proyección térmica por llama
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• Resumen
  • español

    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 (CPM1205™) y la segunda de un compuesto de ZrO2-36% en peso de Al2O3 (MetaCeram 25088™). 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.

  • English

    The morphology, wear and corrosion resistance of bilayer coatings elaborated by flame spraying on AISI SAE 1020 substrates are reported. The first layer (bond coat) is a nickel-base alloy (CPM 1205™), and the second is a compound of ZrO2-36 wt.% of Al2O3 (MetaCeram 25088™). The ceramic coating was deposited using oxidizing and super oxidizing flames, obtained from the fuel/comburent ratio of 1: 2.8 and 1: 4.3 respectively, at projection distances of 8, 9 and 10cm. The corrosion resistance was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), wear resistance was analyzed using a tribometer MicroTest in the ball-disc configuration, and the morphology was studied using scanning electron microscopy (SEM). The results showed a varied surface morphology of these coatings and the presence of bimodal areas formed by nanometric unmelted particles surrounded by melted particles. The wear resistance and Vickers microhardness of the ceramic coatings did not vary significantly with changes to the type of flame used and spray distance. By comparing the corrosion resistance of the substrate (AISI SAE 1020) and the coated samples, a significant increase of approximately 27 times was observed for these; moreover, it was reported that for coatings obtained using a super oxidizing flame, resistance to polarization increased with increasing spray distance, and for the oxidizing flame, the opposite behavior was observed. Overall, the results show the versatility of the thermal spray flame technique in forming bilayer coatings of ZrO2-Al2O3/Ni that efficiently protect the surfaces of steel AISI SAE 1020 when exposed to corrosive and erosive environments.