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Fracture resistant and wear corrosion performance of CrN/ZrN bilayers deposited onto AISI 420 stainless steel

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Authors

Authors

Alba de Sánchez, Nelly Cecilia
Jaramillo, Henry E.
Vivas, Zulima
Aperador Chaparro, William Arnulfo
Caicedo, Julio Cesar
Amaya, Cesar
Jaramillo Suarez, Héctor Enrique
Abstract (Spanish)
Se depositaron bicapas de CrN/ZrN (1, 8, 15 y 30) sobre sustratos de acero AISI 420 a 250°C y 6,6x10-3 mbar con una proporción de gas Ar/N2 50:3,0 como mezcla gaseosa y se aplicó una polarización de -60V. El análisis AFM presentó diferentes morfologías, mostrando que los recubrimientos con 15 bicapas tenían un tamaño medio de grano de 49 nm; mientras que el recubrimiento de 30 bicapas exhibía tamaños de grano de 99 nm. Los espesores de los recubrimientos eran de 3 µm, aproximadamente. El ensayo Vickers reveló que los revestimientos con 8, 15 y 30 bicapas presentaban mejor resistencia al impacto que los revestimientos con 1 bicapa. Se considera este resultado, teniendo en cuenta que en muchas bicapas la propagación de las fisuras es más lenta, porque la presencia de interfases de capas hace que las fisuras se desvíen en otras direcciones. Se observan ligeras motas de corrosión, pero la pérdida de masa fue de unos 40 mg. en una bicapa, valor superior al de los recubrimientos con 15 bicapas que fue cercano a los 18 mg. La homogeneidad, el tamaño de grano, la resistencia a la fractura y la resistencia a la corrosión de los recubrimientos con 15 y 30 bicapas son adecuados para las aplicaciones mecánicas de este tipo de recubrimientos, como demuestran las mediciones mecánicas. Estos resultados indican que para aplicaciones de ingeniería en ambientes corrosivos, el uso de estos tipos de recubrimientos bicapa sobre acero inoxidable AISI 420 es muy recomendable.
Abstract (English)
CrN/ZrN (1, 8, 15, and 30) bilayers were deposited onto AISI 420 steel substrates at 250°C and 6.6x10-3 mbar with gas ratio Ar/N2 50:3.0 as gas mixture and bias -60V were applied. AFM analysis presented different morphologies, showing that the coatings with 15 bilayers had an average grain size of 49 nm; while the 30-bilayer coating exhibited grain sizes of 99 nm. Coating thicknesses were 3 µm, approximately. The Vickers Test revealed that coatings with 8, 15, and 30 bilayers bore better impact resistance than coatings with 1 bilayer. This result is considered, bearing in mind that in many bilayers propagation of fissures is slower, because the presence of layer inter-phases leads to fissures straying in other directions. Slight corrosion specks are present, but mass loss was around 40 mg. in one bilayer, a higher value than for the coatings with 15 bilayers that was near 18 mg. Homogeneity, grain size, fracture resistance, and corrosion resistance of the coatings with 15 and 30 bilayers are suitable for mechanical applications of these types of coatings, as shown in mechanical measurements. These results indicate that for engineering applications under corrosive environments, the use of these types of bilayer coatings on AISI 420 stainless steel is highly recommended.
Extent
13 páginas
URI: https://repositorio.escuelaing.edu.co/handle/001/2366
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