DEVELOPMENT OF CORROSION AND WEAR-RESISTANT COATINGS FOR MARITIME APPLICATIONS DEPOSITED BY HIPIMS/DOMS

Abstract

Revestimentos de nitreto de zircónio (ZrN) foram obtidos através Deposição catódica com impulsos de alta potência (Deep Oscillations Magnetron Sputtering – DOMS) e pulverizaçãocatódica em magnetrão em corrente contínua (DCMS) em substratos de aço inoxidável 316L para uso potencial em grades de caixa de mar, parte amplamente utilizada em navios. Neste trabalho estudou-se o efeito do fluxo de N2 e consequentemente da pressão de trabalho, bem como a fonte de tensão aplicada, nas propriedades funcionais do revestimentos desenvolvidos. A resistência à corrosão foi avaliada em 3.5% de NaCl por meio de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e ensaios de polarização potenciodinâmica. A caraterização tribológica foi realizada utilizando o teste pino-disco, sem lubrificação e em ambiente salino (3.5% NaCl). Os resultados mostraram que os revestimentos obtidos pela tecnologia DOMS eram densos e compactos. Além disso, as medições EIS relataram uma maior impedância nos revestimentos depositados através da técnica DOMS (80% de fluxo de N2 a 0.4 Pa de pressão de trabalho). Da mesma forma, as menores taxas de Icorr e corrosão foram alcançadas para 72 h de tempo de imersão para o mesmo revestimento. Todavia, o coeficiente de atrito e de desgaste das amostras revestidas a DOMS foi obtido inferior às amostras revestidas a DCMS e não revestidas. Como trabalho futuro é proposta a otimização dos parâmetros de deposição, como alteração das tensões de polarização e transporte de gás dentro da câmara de pulverização e eestes de tribocorrosão para avaliar a sinergia entre corrosão e desgaste mecânico.

Zirconium nitride (ZrN) coatings were obtained via deep oscillation magnetron sputtering (DOMS) and direct current magnetron sputtering (DCMS) on 316L stainless steel substrate for potential use in sea chest gratings, part broadly used in ships. The effect of N2 flow and working pressure on the properties of the coatings were investigated in the deposition chamber. The corrosion behaviour was evaluated in 3.5.% NaCl solution through the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization tests. The tribological analysis was determined in dry and wet (3.5% NaCl) conditions using the pin-on-disc test. The results showed that the coatings obtained by DOMS technology were dense and compact. Furthermore, the EIS measurements reported a higher impedance on the coatings deposited via the DOMS technique (80% N2 flow at 0.4 Pa working pressure). Similarly, the least Icorr and corrosion rates were achieved for 72 h of immersion time for the same coating. The wet conditioned wear test unveiled that the samples obtained higher COF than the dry tests. Apparently, Cl- ions attacked the substrate underneath the deposited films carried out via DCMS technology. However, the coefficient of friction (COF) and wear rates of DOMS-coated samples were lower than DCMS-coated and uncoated samples in both dry and wet conditions. In future work, it is proposed to optimize the deposition parameters, such as changing the bias voltages and carrying gas inside the sputtering chamber and tribocorossion tests to evaluate the synergy between corrosion and mechanical wear.