Evaluación de recubrimientos híbridos depositados sobre aceros para la protección de Metal Dusting

Abstract

La carburización catastrófica o Metal Dusting (MD) es un tipo de corrosión que consiste en la desintegración de metales y aleaciones base Fe, Ni y Co en polvos que principalmente están compuestos por partículas metálicas, grafito y carburos, dando un aspecto macroscópico de corrosión por picaduras o generalizada. Comúnmente dicho mecanismo ocurre en metales que trabajan a temperaturas entre 400 y 900 °C en presencia de atmósferas reductoras que principalmente se componen de H2, CH4, CO y CO2, entre otros, presentes en industrias tales como petroquímica, química, metalúrgica, etc. provocando daños en componentes y equipos, generando la pérdida de eficiencia en los procesos. Sin embargo, existen diferentes formas de incrementar la resistencia de dichos componentes al fenómeno de Metal Dusting; una de ellas es la aplicación de recubrimientos protectores capaces de crear una barrera física que impida el contacto de la aleación con el medio que lo rodea. En el presente trabajo se propone un método para evitar o disminuir la afectación por Metal Dusting en un acero bajo carbono T22 y un acero inoxidable 304L, a través de la aplicación de un recubrimiento protector híbrido (TEOS-PDMS) obtenido mediante la técnica de Sol-Gel, aplicando 6 capas por la técnica de inmersión-extracción (Dip Coating) Los substratos fueron evaluados y caracterizados con y sin el uso del recubrimiento híbrido, analizando su estabilidad química y estructural, en atmósferas de MD a temperaturas de 600, 700 y 800 °C con tiempos de exposición de hasta 300 h, así como su protección, adherencia y degradación del recubrimiento en función de las características de depósito. El comportamiento del material híbrido en forma de monolito fue evaluado bajo condiciones de MD y aire con el fin de diferenciar los mecanismos de deterioro respecto a su aplicación como recubrimiento protector. El material híbrido (TEOS/PDMS) como monolito y como recubrimiento mantiene una estructura amorfa aún después de ser expuesto a 1200 ̊C por 300 horas en atmósfera de aire, mostrando una superficie homogénea, compacta, libre de poros y con buena estabilidad térmica además de no mostrar separaciones de fases; sin embargo presenta una pérdida de peso causada por la eliminación de la parte orgánica perteneciente al PDMS a partir de 450 ºC. Al exponer los substratos metálicos con y sin el uso del recubrimiento hibrido en atmósferas de Metal Dusting se observó que los substratos sin recubrimiento presentaron un grado de carburización y degradación mayor al de los substratos con recubrimiento después de ser expuesto a 700 ºC durante 300 horas, comprobando que el recubrimiento brinda buena protección, sin embargo el recubrimiento mostró la presencia de fracturas y desprendimiento debido a la fragilización del material que se atribuye a la formación del carburo de silicio por la captura de carbono de la atmósfera dentro de la red del material así como la diferencia de expansión térmica substrato-recubrimiento. Después se ser expuestos a 800 ºC durante 300 horas los substratos con recubrimiento mostraron inicio de carburización debido a que las fracturas presentes en el recubrimiento permitieron la difusión del carbono hacia el material. La adherencia del recubrimiento es mejor en aceros al carbono que en aceros inoxidables, debido a la capa pasivante de éstos últimos. Sin embargo el análisis del comportamiento del material híbrido como recubrimiento bajo las condiciones de carburización probadas permite apreciar sus grandes posibilidades de aplicación.