Caracterización por ensayos no destructivos del efecto de la microestructura en la resistencia a la corrosión en TI-6AL-4V grado ELI recubierta con plasma mediante PE-CVD

Abstract

The Ti-6Al-4V alloy ELI grade (named due to its acronym "Extra Low Interstitials" or in Spanish "Intersticiales Extra Bajos", referring to a very low content of interstitial elements) has a high resistance to corrosion, however, this property is overcome in biological environments, so it is necessary to use surface coatings to increase this resistance; in addition, it is useful to use non-destructive testing for characterization and monitoring, as these do not compromise the integrity of the material. The main objective of this project is to analyze by means of Eddy currents and Thermoelectric Potential the microstructural changes of the Ti-6Al-4V alloy ELI grade thermally treated by aging varying the holding times, as well as to correlate the plasma surface treatment with the observed properties, and its performance to corrosion tests. To achieve this, firstly, heat treatments were performed at 1075 - 950°C to obtain the desired microstructure in 10 specimens, then samples were aged at 545°C with different permanence times. After that, plasma-enhanced chemical vapor deposition was applied for 30 minutes, using SiH4 as precursor; afterwards, Eddy current and thermoelectric potential tests were performed on each piece. Lastly, the potentiodynamic tests were carried out in Hank solution at 37°C. By means of an experimental process, micrometric layers of Si were obtained on the surface of the specimens; in addition, a decreasing trend in absolute thermoelectric potential was identified as the aging time increased, while no significant changes in conductivity were observed with respect to this aging time. Regarding the corrosion potential, it was observed that the microstructural changes caused by the heat treatments vary their values, with potentials ranging from -0.28 V to -0.79 V.

La aleación Ti-6Al-4V grado ELI (llamada así por sus siglas en inglés “Extra Low Interstitials” o en español “Intersticiales Extra Bajos”, refiriendo un muy bajo contenido de elementos intersticiales) posee una alta resistencia a la corrosión, sin embargo, esta propiedad se ve superada en entornos biológicos, por lo que es necesario utilizar recubrimientos superficiales para aumentar dicha resistencia; además, es de utilidad usar ensayos no destructivos para su caracterización y monitoreo, pues estos no comprometen las propiedades mecánicas del material. El principal objetivo de este proyecto es analizar por medio de corrientes de Eddy y Potencial Termoeléctrico los cambios microestructurales de la aleación Ti-6Al-4V grado ELI tratada térmicamente por envejecimiento variando los tiempos de permanencia, así como correlacionar el tratamiento superficial de plasma con las propiedades observadas, y su sometimiento a ensayos de corrosión. Para lograrlo, se realizaron tratamientos térmicos a 1075 - 950 °C para generar la microestructura acicular, y un posterior envejecido a 545 °C variando el tiempo de permanencia. Después, se realizó la deposición del recubrimiento de Si por 30 minutos a 400 °C, en todas las muestras; posteriormente se realizaron los ensayos no destructivos (corrientes de Eddy y potencial termoeléctrico). Finalmente, las muestras fueron sometidas a pruebas de corrosión en solución Hank a 37 °C. Mediante el proceso experimental, se obtuvieron capas micrométricas de Si en la superficie de las probetas, además, se identificó una tendencia en decremento en el potencial termoeléctrico absoluto conforme se incrementa el tiempo de envejecido, mientras que no se observaron cambios significativos en conductividad respecto a este tiempo de envejecido. Respecto al potencial de corrosión se observó que los cambios microestructurales provocados por los tratamientos térmicos varían sus valores, teniendo potenciales desde -0.28 V hasta -0.79 V.