Title

EFFECT OF PLASMA NITRIDING ON THE WEAR AND CORROSION PROPERTIES OF HASTELLOY CW2M SUPER-ALLOY

EFFEITO DA NITRETAÇÃO POR PLASMA NO DESGASTE E NA CORROSÃO DE UMA SUPER-LIGA HASTELLOY CW2M

Authorship

Casteletti, Luiz Carlos; Fernandes, Frederico Augusto Pires; Heck, Stênio Cristaldo; Picon, Carlos Alberto; Totten, George Edward

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Fernandes, Frederico Augusto Pires

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Heck, Stênio Cristaldo

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Picon, Carlos Alberto

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Totten, George Edward

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DOI

10.5151/2594-5327-16885

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Abstract

Hastelloy C alloys are widely used in chemical, aerospace and nuclear industries in corrosive environments. The predominant alloying element of these alloys is typically nickel, although other elements are added. Plasma nitriding is an efficient surface treatment to increase wear resistance. The objective of this work was to evaluate the influence of nitriding treatment on the wear and corrosion properties of the Hastelloy CW2M super-alloy. Hastelloy CW2M was plasma nitrided using the direct current method with the following conditions: a gas mixture of 80 vol. %H2 and 20 vol. %N2, a pressure of 500Pa, temperature of 450 and 500°C, and a treatment time of 5h. As cast and plasma treated samples were analyzed using scanning electron microscopy, wear and corrosion tests. Plasma nitriding of Hastelloy CW2M produced a homogeneous layer with high hardness. X-ray diffraction revealed a γ (fcc) phase for the un-nitrided CW2M. The nitriding at 450°C yielded the appearance of chromium and molybdenum nitrides peaks and possibly an expanded phase; and at 500°C an increase on the chromium and molybdenum nitrides peaks was observed. The wear of samples nitrided at 450 and 500°C were almost 10 times lower than the substrate’s wear, which indicates a great improvement on tribological properties. The corrosion parameters showed that although the corrosion potential goes toward positive potentials, increasing nitriding temperature, the corrosion current moves in the opposite direction. Nitriding at 450°C promoted a good corrosion protection with a low open circuit potential value and low corrosion potential.

Super-ligas do tipo Hastelloy C são amplamente utilizadas na indústria química, aeroespacial, nuclear e em ambientes corrosivos. O elemento predominante nestas ligas é tipicamente o níquel, porém outros elementos podem ser adicionados. A nitretação por plasma é um tratamento de superfície eficaz para aumentar a resistência ao desgaste. O objetivo deste trabalho foi de avaliar a influência do tratamento de nitretação por plasma na resistência ao desgaste e à corrosão da super-liga Hastelloy CW2M. A liga foi nitretada por plasma empregando-se o método de corrente contínua com as seguintes condições: usando-se uma mistura gasosa com 80% H2 e 20% N2, em volume, uma pressão de 500Pa, temperaturas de 450 e 500°C e tempo de tratamento de 5h. A liga foi nitretada na condição como fundida e então as amostras analisadas por microscopia eletrônica de varredura e ensaios de desgaste e corrosão. A nitretação por plasma do Hastelloy CW2M produziu uma camada homogênea e com alta dureza. A difração de raios-X revelou a fase γ (CFC) para a liga CW2M não nitretada. A nitretação a 450°C resultou no aparecimento de picos de nitretos de cromo e molibdênio e possivelmente uma fase expandida, e em 500°C, um aumento nos picos de nitretos de cromo e molibdênio foi observado. O desgaste das amostras nitretadas a 450 e 500°C foi quase 10 vezes menor do que o desgaste do substrato, o que indica uma grande melhoria nas propriedades tribológicas. Os parâmetros de corrosão mostraram que, embora o potencial de corrosão aumente com o aumento da temperatura de nitretação, a corrente de corrosão diminui. A nitretação a 450°C promoveu uma boa proteção contra a corrosão, apresentando um baixo valor potencial de circuito aberto e baixo potencial de corrosão.

Keywords

Hatelloy C; Plasma nitriding; Wear; Corrosion.

Hatelloy C; Nitretação por plasma; Desgaste; Corrosão.