PN 09-160206 – Evaluarea comportării la uzare si coroziune a straturilor de suprafaţă tratate Duplex

Rezumatul fazei 3

Lucrarea elaborată “Obţinerea si caracterizarea straturilor tratate Duplex prin nitrurare si depunere PVD de TiAlN” reprezintă a doua fază a

proiectului PN 09-160206/2015 cu titlul “Evaluarea comportării la uzare si coroziune a straturilor de suprafaţă tratate Duplex”.

În primul Capitol se prezintă importanta deosebita pe care o are

suprafata pieselor mecanice. La suprafata se amorseaza principalele

fenomene care conduc la scoaterea si /sau inlocuirea pieselor mecanice: uzare,

oboseala si coroziune.

În Capitolul 2 “Obtinerea straturilor de suprafata Duplex” sunt

prezentate principalele tipuri de tratamente Duplex.

Rezistenţa ridicată a pieselor mecanice împotriva uzării, oboselii şi

coroziunii poate fi realizată prin modalităţi diferite. Dar, într-un număr tot mai

mare de cazuri, rezistenţa acestora împotriva sarcinilor complexe nu mai este

suficient de ridicată. Combinarea a două sau mai multor tratamente de suprafaţă

într-un singur tratament poate duce la o rezistenţă mai mare a pieselor mecanice

împotriva sarcinilor complexe, de exemplu, uzură suprapusă, oboseală şi

coroziune, datorita aportului de avantaje. In acest context, proiectul de fata are

ca scop obţinerea unor straturi de suprafaţa, cu o rezistenta ridicata la uzare si

coroziune, prin tratamente Duplex.

Prima etapă ȋn realizarea tratamentului Duplex a constat ȋntr-un tratament

de imbunatatire si anume, călire volumică, la temperatura de 850°C, cu o durata

de menţinere de 15 minute, răcirea efectuându-se ȋn ulei, urmat de revenire

ȋnaltă, la temperatura de 600°C, durata de menţinere fiind de 2 ore, cu răcire ȋn

aer. Tratamentul a fost aplicat unor probe cilindrice, cu un diametru de 20 mm si

o lungime de 30 mm. A doua etapa in realizarea tratamentului Duplex a constat ȋn nitrurarea

probelor ȋn mediu gazos. Temperatura de nitrurare a fost de 540°C. Durata de

PN 09-160206 – Evaluarea comportării la uzare si coroziune a straturilor de suprafaţă tratate Duplex

menţinere a procesului a fost de 20 ore, răcirea probelor efectuându-se ȋn aer. In

urma nitrurării, grosimea stratului obţinut este de cca. 0,4 mm.

A treia etapa in realizarea tratamentului Duplex a constat in depunerea

prin PVD a stratului de TiAlN, tratament realizat la firma Oerlikon Romania, cu

sediul in Piteşti. S-a optat pentru depunerea acestor straturi deoarece prezintă o

rezistenta ridicata la oxidare, si o rezistenta deosebita la uzare.

Capitolul 3 “Caracterizarea straturilor tratate Duplex prin nitrurare si depunere PVD de TiAlN” prezintă evaluarea structurala, mecanica si din

punct de vedere al rezistentei la coroziune a straturilor obtinute prin tratamente

Duplex.

Examinările microscopice s-au efectuat conform SR 5000:1997 si STAS

5500-74 pe 3 probe (proba imbunatatita, proba nitrurata, respectiv proba tratata

Duplex). Prelevarea si pregătirea metalografica a epruvetelor s-a efectuat

conform STAS 4203-74.

Examinarea microscopica a probei imbunatatite releva o structura sorbitica

fina, cu, aşa cum se poate observa si in Figura 1.

Figura 1: Microstructura probei imbunatatite

[Nital 2%, 500X]

Ȋn figura 2 se poate observa prezenţa celor două straturi tipice obţinute ȋn

cazul nitrurarii gazoase. Stratul alb, de combinaţii chimice, este foarte subtire, iar

sub acest strat se poate observa stratul de difuzie. Grosimea stratului nitrurat

este de aproximativ 0,4 mm.

PN 09-160206 – Evaluarea comportării la uzare si coroziune a straturilor de suprafaţă tratate Duplex

Figura 2: Microstructura probei nitrurate [Nital 2%, 500X]

Stratul de difuzie este format din o soluție solidă a azotului dizolvata în fierul

alpha, si pot observate nitruri la limitele de grăunţi, in timp ce miezul are o

structura sorbitica (Figura 3).

Figura 3: Microstructura miezului [Nital 2%, 500X]

Microstructura obţinuta in urma tratamentului de depunere este prezentata

in Figura 4.

PN 09-160206 – Evaluarea comportării la uzare si coroziune a straturilor de suprafaţă tratate Duplex

Figura 4: Microstructura probei tratate Duplex

[Nital 2%, 500X] Microduritatea Vickers (HV0,2) a fost determinată ȋn secţiunea tranversală

pentru fiecare stare structurală. Rezultatele sunt prezentate ȋn figura 5. Valoarea

maximă a durităţii a fost obtinuta ȋn cazul probei tratate Duplex, obtinăndu-se un

maxim de 800HV0,2. Pentru adȃncimi mai mari de 0,4 mm, duritatea este

constantă, cu valori cuprinse ȋntre 289 si 325 HV0,2.

Figura 4: Variaţia microdurităţii in secţiune

PN 09-160206 – Evaluarea comportării la uzare si coroziune a straturilor de suprafaţă tratate Duplex

Comportarea la coroziune al probelor aflate ȋn stare ȋmbunătăţita, nitrurată

şi tratată Duplex s-a testat electrochimic, în acid clorhidric, cu concentratia de

0,5M, utilizând o celulă electrolitică şi un potenţiostat/galvanostat PGP201

Potenţialul aplicat a fost de 200mV, viteza de scanare fiind de 2mV/s.

În urma analizei, s-au trasat curbele de polarizare (modificarea densităţii

de current în funcţie de potenţialul aplicat în timp) pentru probele testate. Prin

reprezentarea pe scară logaritmică şi trasarea tangentelor (pantelor) la ramura

anodică, respectiv catodică s-au determinat valorile curentului de coroziune (icorr)

şi respectiv al potenţialului de coroziune (Ecorr) pentru cele 3 probe analizate.

În urma comparării valorilor densităţii curentului pentru probele testate

potenţiostatic, se observă că densitatea de curent a fost deplasata de la

4,881*10-4A/cm2 (stare ȋmbunătăţită) la 8,897*10-4A/cm2 pentru proba tratată

Duplex. Deplasarea densităţii de curent la valori cât mai mici indică

îmbunătăţirea comportamentului la coroziune, proba tratată Duplex având cea

mai bună rezistenţă la coroziune.

Capitolul 4 prezintă realizarea paginii WEB a proiectului.

In Capitolul 5 se prezintă concluziile finale ale acestei faze, dintre

care se amintesc:

• Principalele cauze care conduc la scoaterea din uz a

echipamentelor şi pieselor mecanice se datorează in principal din

cauza degradării suprafeţei, fie prin uzare, coroziune sau oboseală;

• Degradarea suprafeţei poate fi prevenita sau stopata prin utilizarea

unei tehnologii moderne, inovatoare, cunoscuta in literatura de

specialitate ca tratamente de suprafaţa Duplex;

• Cercetările experimentale întreprinse in cadrul acestui au avut ca

scop generarea de straturi cu o rezistenta deosebita la coroziune

prin tratamente Duplex;

PN 09-160206 – Evaluarea comportării la uzare si coroziune a straturilor de suprafaţă tratate Duplex

• Prima etapă ȋn realizarea tratamentului Duplex a constat ȋntr-un tratament

de imbunatatire si anume, călire volumică, la temperatura de 850°C, cu o

durata de menţinere de 15 minute, urmat de revenire ȋnaltă, la

temperatura de 600°C, durata de menţinere fiind de 2 ore, cu răcire ȋn aer.

A doua etapa in realizarea tratamentului Duplex a constat ȋn nitrurarea

probelor ȋn mediu gazos, urmata de depunerea prin PVD a stratului de

TiAl.

• Examinarea microscopica a relevat o structura sorbitica in cazul probei

imbunatatite, si prezenta straturilor tipice in cazul probelor nitrurate (stratul

alb, stratul de difuzie); Stratul depus prin PVD este uniform, grosimea

acestuia fiind de aproximativ 4 µm.

• Microduritatea Vickers (HV0,2) a fost determinată ȋn secţiunea tranversală

pentru fiecare stare structurală. Valoarea maximă a durităţii a fost obtinuta

ȋn cazul probei tratate Duplex, obtinăndu-se un maxim de 800HV0,2.

Pentru adȃncimi mai mari de 0,4 mm, duritatea este constantă.

Responsabil temă,

Dr.ing. Ramona Monica Buzdugan