Comportamiento a la corrosión del acero 316l, sinterizado con distinto grado de porosidad

Compo amien o a la co osión del ace o 316L sin e izado con dis in o g ado de po osidad L. So ia^, F. Gómez^, J.M. Galla do^ y EJ. He e a*^ Resumen A pa i de pol os de ace o inoxidable AISI 316L, se han p epa ado mues as con dis in o g ado de po osidad, en e el 9 y el 40 %, asegu ando que la supe icie ex e na no esul a al e ada du an e el p o- cesado pul ime alú gico. Jun o a mues as de chapa laminada de la misma composición, han sido some idas a ensayos de inme sión y a ensayos elec oquímicos de co osión. Es udios cuan i a i os de la e olución de la po osidad supe icial, an es y después de los ensayos, pe mi en plan ea di e sas hipó esis ace ca de los mecanismos de co osión ac uan es en unción de la po osidad de las piezas. Palab as cla e: Pul ime alu gia. Ace o inoxidable. Ensayos de co osión. Po osidad. Co osión beha iou o a sin e ed 316L s eel wi h di e en po osi y g ades Abs ac AISI 316L sin e ed samples, wi h po osi ies anging om 9 o 40 %, and wi hou alloying losses a he su ace, ha e been p epa ed. T ióse samples, along wi h con en ional ( olled) s eel samples, ha e been subjec ed o elec ochemical and inme sión co osión es s. Acco ding o po osi y size quan i a i e measu emen s, be o e and a e co osión es s, wo co osión mechanisms, gene al and pi ing, a e p oposed depending on he ini ial po osi y. Keywo ds: Powde me allu gy. S ainless s eel. Co osión es s. Po osi y. 1. INTRODUCCIÓN Las aplicaciones de los ace os inoxidables pul i- me alú gicos (PM) es án limi adas po las di icul a- des en ob ene las mismas p opiedades que en los ace os clásicos. La esis encia a la co osión apa e- ce como el p incipal p oblema que limi a el uso de es e ipo de ma e iales. El e ec o del amaño y po cen aje de po osidad sob e la esis encia a la co osión es conocido (1-5), aunque exis en disc epancias ace ca de su signo, según el medio co osi o y el ipo de ensayo, quí- mico o elec oquímico, u ilizado (6). Pa a una misma densidad, o os ac o es como el con enido de ca bono, ni ógeno u oxígeno (7), el ca ác e conec ado o in e conec ado de la po osidad (8), el amaño de los po os indi iduales (9), la uni o mi- dad de amaño de po o según el p oceso de ab ica- ción del pol o (10) e c., modi ican el e ec o obse - ' ) G upo de Me alu gia e Ingenie ía de los Ma e iales. E.S. de Ingenie os, A da. de los Descub imien os s/n. 41092-Se i- 11a (España). ado de la po osidad en la esis encia a la co o- sión. También la composición química de la supe - icie, an o de los pol os como del p oduc o inal, in luye sob e la esis encia a la co osión. La p e- sencia de capas de óxidos supe iciales (Si02, C203, Fe203, e c.) en los pol os di icul a la sin e i- zación (11) y a o ece la co osión po picadu as al esul a ag ie ada du an e la compac ación (9). La eliminación de dichas capas se acili a median e el empleo de ele adas p esiones de compac ación (1 y 12) y ele adas empe a u as de sin e ización (11) en a mós e as con bajo pun o de ocío (13). En es e sen ido, a mós e as de hid ógeno con pun os de ocío in e io es a -34 °C, amoníaco disociado con pun os de ocío in e io es a -62 °C o acío a p esio- nes in e io es a 10_2-10"3 mba se conside an sa is- ac o ias. Además, una de ec uosa eliminación del lub i- can e, bajas elocidades de en iamien o as el p o- cesado -sob e odo unido a con enidos ele ados de ca bono o ni ógeno, en el me al o la a mós e a de sin e ización (1 y 14)-, e c., son ac o es que a o- ecen enómenos co osi os pos e io es o du an e el p opio p ocesado (6). Re . Me al, Mad id, 34 (mayo), 1998 137 (c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc) h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es L. So ia e al. / Compo amien o a la co osión del ace o 316L sin e izado con dis in o g ado de po osidad 2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se han p epa ado mues as cilind icas de 12 mm de diáme o y 5 mm de espeso , median e compae- ación en ío con lub icación en pa ed. Se han empleado p esiones de 100, 400, 700 y 1.000 MPa, al obje o de ob ene di e en es po osidades inales. Se ha ealizado una desgasi icación a 425 °C, al ai e, du an e 1 h. La sin e ización, en a mós e a dinámica de a gón a 0,8 mba , se ha lle ado a cabo a 1.250 °C du an e 1 h. Las mues as se han en ia- do, desde la empe a u a de sin e ización, en co ien e de a gón. Median e el p ocedimien o des- c i o, las mues as expe imen an una densi icación acep able, sin que la supe icie mues e pé didas de ec ables de elemen os de aleación (15). Se han de e minado la densidad y la po osidad medias, así como algunas ca ac e ís icas geomé i- cas de la po osidad supe icial. En mic og a ías de la supe icie de las mues as, ealizadas po mic oscopía elec ónica de ba ido con de ec o BSE, los po os supe iciales más p o- undos apa ecen neg os, ya que no se ecibe señal de elec ones del ondo de los mismos. De es a o ma, se han segmen ado y de e minado cuan i a i- amen e el po cen aje de po osidad supe icial y la dis ibución de amaños (á eas) de dichos po os. Po su pa e, en mic og a ías óp icas de seccio- nes ans e sales a la supe icie a ensaya , se han cuan i icado la anchu a y p o undidad máximas de los po os supe iciales. Pa a ello, en la mic og a ía, se ha de inido como con o no del po o supe icial aquella á ea acía, odeada de me al, y abie a a la supe icie ex e na. An es de some e las p obe as a ensayo, han sido a adas supe icialmen e con un desoxidan e pa a elimina , en su caso, lige as i isaciones que puedan queda as la sin e ización. Las mues as han sido some idas a ensayos de co osión elec oquímicos y po inme sión. Los ensayos elec oquímicos se han ealizado según la no ma ASTM G61, en NaCl al 3,56 % desai eado, a 25 °C. Las p obe as han sido embu idas, pe o sólo has a la mi ad de su espeso , modi icando así lige a- men e una écnica de ensayo que e i a o disminuye la apa ición de co osión en hendidu as (16). Los ensayos de inme sión du an e 72 h en 6 % FeCl3 se han ealizado según la no ma ASTM G48. Como quie a que dicho ensayo es muy ag esi o pa a los ace os sin e izados, se han epe ido las expe iencias con iempos de inme sión de 5 h (17). 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las densidades inales medias pa a las mues as comp imidas a 100, 400, 700 y 1.000 MPa son, es- pec i amen e de 4,77, 6,25, 6,90 y 7,27 g/cm3, lo que co esponde a po osidades del 40,4, 21,9, 13,7 y 9,2 %. Los ensayos elec oquímicos mues an que, incluso en las p obe as más densas, no se ob iene pasi ación de la mismas, aun llegando a densidades de co ien e de 100 mA/cm2 (Fig.l), en con as e con lo obse ado en el ace o con encional. Po su pa e, los ensayos de inme sión mues an un peo compo amien o de los ace os pul ime a- lú gicos, con elocidades de co osión has a 200 eces supe io es que el ace o con encional. Puede señala se (Fig.2) que la elocidad de co osión de los ace os pul ime alú gicos disminuye con el iem- po, es deci , se mide una meno elocidad en el ensayo ASTM G48 no malizado que en el modi i- cado a 5 h. Lo con a io puede deci se de los ace os con encionales. Además, el ensayo modi icado dis- c imina mejo en e las p obe as sin e izadas con di e en e po osidad inal. El cambio en la po osidad supe icial, an es y después del ensayo ASTM G48 modi icado, medido en mic og a ías SEM, puede deduci se po compa- ación de las igu as 3a y 3b. En las p obe as menos densas no se p oducen cambios signi ica i os ni en el po cen aje ni en la dis ibución po amaños de la po osidad supe icial. En las p obe as más densas, en cambio, se ap ecia un aumen o an o del po cen- aje de po osidad, como del á ea media de los po os. Así, la po osidad supe icial, an es y después del ensayo es de 8,1 y 7,9 % (100 MPa); 5,2 y 5,1 % (400 MPa); 3,1 y 3,4 % (700 MPa) y 2,3 y 4,1 % (1.000 MPa) pa a las mues as comp imidas a las p esiones señaladas. Po su pa e, el cincuen il de las á eas de po o medidas en supe icie pasa, an es y después del ensayo, de 0,9 a 0,8 jjim2 (100 MPa); de 250 -| 1 200 A 150 / 100 / > 50 / -50 / J -100 / ^^ "150 -T*" / -200 I , ; 1 1.E-10 1.E-08 1.E-06 1.E-04 1.E-02 1.E+00 I / á ea (A/cm2) FIG. 1. — Cu a de pola ización del ace o 316L pul ime alú gico p epa ado con 1.000 MPa. FIG. 1. — Sin e ed 316L s eel pola iza ion beha iou . Samples we e p epa edwi h 1,000 MPa. 138 (c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc) h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es -ASTM G48 - -ASTM G48 5h (a) _ 14000 •o "O £ 12000 •5 10000 4000 100 MPa 400 MPa 700 MPa 1000 MPa 304L 316 316L ace o inoxidable FIG. 2.— Velocidades de co osión de los ace os inoxidables con encional y pul ime alú gico en el ensayo ASTM G48 no mal y modi icado. FIG. 2.— Co osión a es o olled and PM s eels a e s anda d and modi ied ASTM G48 es s. 0,5 a 0,3 juim2 (400 MPa); de 0,3 a 0,4 ¡xm2 (700 MPa) y de 0,2 a 0,4 |xm2 (1.000 MPa). Un compo amien o equi alen e se obse a al compa a las medidas de po osidad supe icial ea- lizadas median e mic oscopía óp ica, an es y des- pués del ensayo ASTM G48 modi icado. Las igu- as 4a y 4b p esen an, espec i amen e, la dis ibución de la anchu a y la p o undidad de los po os supe iciales de mues as comp imidas a 100 MPa, an o an es como después del ensayo ASTM (b) An es del ensayo ASTM G48 modi icado -100 MPa -«-400 MPa -TA—700 MPa -»~1000MPa 0,1 0,3 0,5 0,7 1.4 2 2,8 amaño del po o (um2) 5,6 8 11,2 Después del ensayo ASTM G48 modi icado ;—•—100 MPa -«-400 MPa -A-700 MPa - «—•—»—é A A A A 0,3 0,5 0,7 1,4 2 2,8 amaño del po o (|jm2) FIG. 3.— Dis ibución de amaños de la po osidad supe icial ( Jim2) medidos en mic og a ía SEM. Fig. 3.— Size dis ibu ion (pm2) o su ace po osi y as measu ed in SEM mic og aphs. (a) í po os ~°o 10 5 0 I H ll P obe as de 100 MPa D an es de co osión j • después de ASTM G48 modi icado. 1 I íl W !• II n- L -jl M •_,_ a (c) P obe as de 100 MPa 1 | D an es de co osión ^ • después de ASTM G48 modi icado. u l l~ a l - Pm ,--. J in e alos de anchu a (um) P obe as de 1000 MPa O an es de co osión • después de ASTM G48 modi icado. ll ÜA in e alos de p o undidad (um) P obe as de 1000 MPa ll D an es de co osión ; _i • después de ASTM G48 modi icado. | U l I I I in e alos de anchu a (um) in e alos de p o undidad (pm) FIG. 4.— Dis ibución de las dimensiones de los po os supe iciales medidas median e mic oscopía óp ica. FIG. 4.— Size dis ibu ion o su ace po osi y as measu ed in op ical mic og aphs. Re . Me al Mad id, 34 (mayo), 1998 139 (c) Consejo Supe io de In es igaciones Cien í icas Licencia C ea i e Commons 3.0 España (by-nc) h p:// e is ademe alu gia. e is as.csic.es L. So ia e al. / Compo amien o a la co osión del ace o 316L sin e izado con dis in o g ado de po osidad G48 modi icado. No puede deduci se una e olución cla a de las dimensiones de los po os du an e el ensayo de co osión. En las igu as 4c y 4d se ep esen an las mismas a iables pa a las mues as comp imidas a 1.000 MPa. Aquí, se ap ecia que la co osión ha p oducido un cla o aumen o de la anchu a y de la p o undidad de los po os. Compo - amien os in e medios se han obse ado en las mues as comp imidas a p esiones in e medias en e las an e io es. De acue do con las obse aciones an e io es, se es ima que las ele adas asas de elocidad de co o- sión obse adas en las mues as menos densas se p oducen po co osión uni o me de las capas supe iciales de las mismas, que p esen an una ele- ada po osidad, su icien emen e abie a, como pa a asegu a una buena eno ación de las especies implicadas en la co osión. Es e mecanismo a modi icándose con o me la po osidad supe icial es más escasa o más ce ada; es deci , pa a las p obe- as más densas. En es e úl imo caso, los po os supe iciales comienzan a ac ua como e dade os núcleos de picadu as, a o eciendo los conocidos enómenos co osi os en el in e io de las mismas. Po ello, aunque las elocidades ne as de co osión son meno es en los ace os más densos, el aumen o obse ado en el amaño y p o undidad de los po os es sensiblemen e mayo . En es e sen ido, debe en ende se que las p obe as compac adas a 700 MPa p esen en mayo pé dida de peso en el ensayo de inme sión que las p epa adas a 1.000 MPa y, sin emba go, es as úl imas desa ollen una mayo "po osidad" (= picadu as) supe icial que las p ime as. Es deci , de acue do con las expe ien- cias ealizadas, el cambio del mecanismo de co o- sión uni o me a co osión po picadu as se p oduce cuando la po osidad disminuye po debajo de un 15 %, ap oximadamen e (po osidad supe icial medida po SEM in e io al 2.5 %). En odo caso, dado que las picadu as pa ecen gene a se en la po osidad p e ia, no end ía sen ido habla de nucleación de picadu as o, lo que es lo mismo, de po encial de picadu as. Es e enómeno queda co obo ado po los esul ados elec oquími- cos ealizados. O os au o es (13) sí han mos ado la posibilidad de pasi a el ace o inoxidable pul i- me alú gico, pe o cuando la po osidad no es in e - conec ada, es deci , pa a densidades supe io es al 93 %, ap oximadamen e. 4. CONCLUSIONES Se han p epa ado mues as pul ime alú gicas exen as de oxidación supe icial con po osidades en e el 9 y el 40 %. Jun o a mues as de ace o con- encional han sido some idas a ensayos de co osión elec oquímicos y de inme sión. No se ap ecia pasi- ación en los ensayos elec oquímicos de los ace os pul ime alú gicos y su elocidad de co osión es conside ablemen e más al a que la de los con encio- nales, disminuyendo con el iempo de ensayo. El es udio de la e olución del amaño de los po os supe iciales pe mi e deduci que las mues- as con más del 15 % de po osidad su en una co osión de ipo uni o me, mien as que, po deba- jo de dicho po cen aje de po osidad, comienza a apa ece co osión po picadu a. Ag adecimien o Los au o es exp esan su ag adecimien o a Mlle. Sand ine Falipou po la ealización de los ensayos de co osión. Es e abajo cuen a con la inancia- ción del p oyec o MAT 96-2311. REFERENCIAS (1) FORBES JONES, R.M. P og. Powde Me all 30, 1974: 25- 50. (2) RAGHU, T., MALHOTRA, S.N., RAMAKRISHNAN, P. B . Co .J., 23, 1988: 109. (3) RAGHU, T., MALHOTRA, S.N., RAMAKRISHNAN, P. Co osión 45, 1989: 109. (4) FEDRIZZI, L., MOLARI, A., DEIFORIAN, F., CIAGHI, L. y BONORA, P.L. Co osión 46, 1990: 672. 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