Characterization of the low alloy steel modified superficially with ions of titanium and nitrogen

Abstract

espanolRESUMEN La tecnica de implantacion ionica tridimensional (3DII) consigue que los iones a implantar colisionen perpendicularmente con la superficie sin importaria geometria del solido (Khvesyuk & Tsygankov, 1997; Dougar-Jabon et al., 2002). Se ha usado un acero de herramientas AISI SAE 4140 como sustrato por su amplio uso en la industria del transporte de hidrocarburos. Las probetas de acero se sometieron a la modificacion superficial con iones Titanio (Ti) y Titanio+Nitrogeno (Ti+N) a energia de lOkeV durante 5min y 1 Omin. Los sustratos modificados y no modificados superficialmente fueron caracterizados mediante la tecnica de espectroscopia de impedancia electroquimica (EIS), observando entre los resultados mas resaltantes que la doble capa electroquimica del sistema en estudio presenta caracteristicas capacitivas en todas las condiciones evaluadas, donde el mejor desempeno frente a la corrosion lo presentan los sustratos implantados con iones de Ti durante 1 Omin, debido a que poseen una resistencia a la transferencia de carga mucho mayor que los implantados con iones de Ti+N y los no implantados. Adicionalmente se determino que todos los sistemas implantados pueden ser simulados mediante el uso de un circuito equivalente, el cual posee un elemento de fase constante en lugar de un capacitor y que el sustrato sin implantar a partir del dia de inmersion 15 se puede simular a traves de otro circuito equivalente diferente. EnglishABSTRACT The three-Dimensional Ion Implantation technique (3DII) causes ions to collide with a solid surface in a perpendicular way regardless of the geometry of the solid (Khvesyuk & Tsygankov, 1997; Dougar-Jabon, Dulce-Moreno & Tsygankov, 2002). The steel AISI SAE 4140 has been used as substrate because of its wide use in the transport of oil industry, the specimens of steel underwent surface modification with Titanium ions (Ti) and the combined ions of titanium and nitrogen (Ti+N), with energy of 1 OkeV for 5min and lOmin. The superficially modified and unmodified specimens were characterized by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), noting among the most outstanding results the electrochemical double layer system capacitive characteristics under all tested conditions, the best corrosion performance was obtained for implanted substrates with Ti ions for 70m/n, having a charge transfer resistance much higher than those implanted with Ti+N and the non-implanted. Additionally it was determined that all the implanted systems can be simulated by using one equivalent circuit with a constant phase element instead of a capacitor and the non implanted substrate from day 15 can be simulated through another equivalent circuit. portuguesRESUMO A tecnica de implantacao ionica tridimensional (3DII) consegue que os iones a serem implantados colidam perpendicularmente com a superficie sem importar a geometria do solido (Khvesyuk & Tsygankov, 1997; Dougar-Jabon et al., 2002). Foi usado um aco de ferramentas AISI SAE 4140 como substrato sendo que ele e extensivamente utilizado na industria de transporte de hidrocarbonetos. Os especimenes de aco foram submetidos a alteracao superficial com iones de Titânio (Ti) e Titânio + Nitrogenio (Ti+N) com energia de 1 OkeV durante 5 min e 1 0 min. Os substratos alterados e nao alterados superficialmente foram caracterizados mediante a tecnica de espectroscopia de impedância eletroquimica (EIS), verificando-se entre os resultados mais importantes que a dupla capa eletroquimica do sistema em estudo apresenta caracteristicas em todas as condicoes avaliadas, onde o melhor desempenho diante da corrosao e conseguido com os substratos implantados com iones de Ti durante 10 min, por conta deles possuirem uma resistencia a transferencia de carga muito maior do que aqueles implantados com iones de Ti+N e com os nao implantados. Adicionalmente, determinou-se que todos os sistemas implantados podem ser simulados mediante o uso de um circuito equivalente, que possui um elemento de fase constante ao inves de um capacitor e que o substrato sem implantar a partir do dia de imersao 15 pode ser simulado atraves de outro circuito equivalente diferente.