Evaluación del comportamiento mecánico, corrosivo y bio-tribocorrosivo en capas de boruros de cobalto

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo de investigación, se determinó el comportamiento bio-tribocorrosivo de capas de boruros de cobalto obtenidas por dos condiciones de tratamiento. En la primera condición, la aleación CoCrMo (MR), fue sometida al tratamiento termoquímico de borurización en polvo (PPBP), a 1273 K con 6 h de exposición (C1). Para la segunda condición (C2), se realizó un proceso de recocido por difusión (DAP) en la muestra expuesta al PPBP, a una temperatura de 1273 K con 2 h de exposición, en una atmósfera de argón. El procedimiento experimental se estableció en tres etapas. En la primera etapa, se evaluaron las propiedades mecánicas de C1 y C2, mediante las pruebas de desgaste reciprocante lineal y de rasgado, y se estimó la tasa de pérdida de material y la adhesión práctica de los sistemas capa-sustrato. En la segunda etapa, se estimaron las propiedades corrosivas de C1 y C2, mediante la técnica de polarización potenciodinámica. En la tercera etapa, C1 y C2 fueron expuestas a una solución biológica (50% suero de ternera) para la evaluación del comportamiento bio-tribocorrosivo. El ensayo se llevó a cabo mediante las técnicas de desgaste reciprocante lineal (bola sobre plano), y polarización potenciodinámica. Finalmente, se estimó la sinergia desgaste-corrosión en C1 y C2, haciendo uso del procedimiento establecido por la Norma ASTM G119-09 (Standard Guide for Determining Synergism Wear and Corrosion). Los resultados fueron comparados con el material de referencia (aleación CoCrMo sin tratamiento termoquímico, denominado MR). ABSTRACT: In this work, the bio-tribocorrosion behavior of cobalt boride layers was estimated. Firstly, a CoCrMo alloy (MR) was exposed to the powder-pack boriding process at 1273 K during 6 h (C1). Then, C1 was exposed to the diffusion annealing process at 1273 K for 2 h, in an inert argon atmosphere (C2). C1 and C2 were characterized by optical microscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy and spectroscopy dispersive energy, respectively. Indentation properties of CoB-Co2B (C1) and Co2B (C2), such as hardness, Young’s modulus and residual stresses were obtained by depth-sensing microindentation tests. In addition, for C1 and C2, the wear resistance (V), the practical adhesion of layer-substrate systems (LcN), the corrosion resistance (RP) and the wear-corrosion synergy (in bovine calf-serum), were estimated by dry and wet (Hank’s solution) reciprocating wear, scratch, potentiodynamic polarization (Hank’s solution) and bio-tribocorrosion tests, respectively. Particularly, for the dry and wet reciprocating wear, corrosion, and the bio-tribocorrosion tests, the results were compared with the reference material (CoCrMo alloy, MR). The results revealed for the sliding wear conditions, that the presence of a CoB-Co2B layer on C1 increased the wear resistance (Vdry ∼4.2 mm3 x 10-3 and Vwet ∼1.2 mm3 x 10-3) compared to the results of Co2B layer on C2 (Vdry ∼20.4 mm3 x 10-3 and Vwet ∼3.3 mm3 x 10-3) and MR (Vdry ∼31.0 mm3 x 10-3 and Vwet ∼4.2 mm3 x 10-3). The latter was attributed to the high surface hardness (H ∼18 GPa) and Young’s modulus estimated in C1 (E ∼320 GPa); particularly for the dry and wet wear conditions, the wear resistance in C2 was related to the three-body abrasive wear caused by the debris accumulation in the tribopair. On the other hand, the practical adhesion for C2 was enhanced (Lc2 >150 N) in comparison with C1 (Lc3 ∼142 N); the compressive residual stresses in C2 increased the adhesion of layer-substrate system in contrast with the tensile-compressive residual stresses in C1.