Estudio del efecto del boro en un recubrimiento de aleación de alta entropía Fe50Mn30Co10Cr10 sobre las propiedades mecánicas y resistencia al desgaste por abrasión

Abstract

Se investigó el efecto del boro sobre la microestructura, propiedades mecánicas y resistencia al desgaste por abrasión del sistema Fe50-X Mn30Co10Cr10BX con x = 0, 3, 5 y 10 % atómico, denominadas como Alloy/LCA-B0, Alloy/LCA-B3, Alloy/LCA-B5 y Alloy/LCA-B10, respectivamente, las cuales fueron preparadas mediante fusión por arco (Arc-Melting-Alloy) y revestimiento láser (Laser Cladding-LCA). Los resultados de los revestimientos preparadas por Laser Cladding mostraron que el recubrimiento LCA-B0 es una aleación de alta entropía que exhibe una morfología dendrítica compuesta principalmente por una fase hcp en solución sólida. Los depósitos LCA-B3, LCA-B5 y LCAB10 formaron una matriz de fases fcc y hcp de solución sólida (D-SS) y una fase eutéctica en las regiones interdendríticas con boruros de tipo M2B (M = Cr, Fe) cuyo contenido aumentó con la adición de boro. Las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste de estas aleaciones se ven fuertemente afectadas por el contenido de boro. Se encontró que cuando la concentración de boro aumentó de 0 a 5.31 % atómico, la dureza del material incrementó de 291 HV a 445 HV; así, el recubrimiento LCA-B10 presentó la mayor dureza. Igualmente, el depósito LCA-B10 exhibió un aumento del 16% en la resistencia mecánica al ser comparado con el revestimiento LCA-B0, a expensas de una reducción sustancial en la ductilidad, ello debido a la presencia de boruros embebidos interdendríticamente a nivel microestructural. De manera similar, esta aleación multicomponente mostró un comportamiento mejorado contra el desgaste, como consecuencia del aumento en el contenido de la fase de boruros. Microcorte, microarado y formación de cuña fueron los micromecanismos de desgaste asociados con las pérdidas de material después de la prueba de abrasión. Interesantes similitudes se observaron a nivel microestructural y propiedades mecánicas (solamente dureza) cuando estas aleaciones fueron producidas por Arc-Melting. Sin embargo, la composición química de los recubrimientos presentó una variabilidad mayor en el proceso de Laser Cladding que en el de Arc-Melting, probablemente como consecuencia de una disminución en el tamaño de partícula de los polvos previamente acondicionados por aleamiento mecánico, ocasionando que estos fueran más propensos a absorber mayor energía del láser. Finalmente, en relación con lo establecido en este estudio, la aleación Fe37.04Mn41.5Co7.73Cr8.35B5.31 (% at.) podría ser considerada como un material con potenciales aplicaciones en ingeniería de superficies.