Esta investigación analiza los efectos de un láser de pulsos de nanosegundos en las características del acero inoxidable AISI 301LN. El estudio pretende utilizar este material en una aplicación específica de almacenamiento de energía que incluye condiciones de alta temperatura y carga cíclica. El texturizado superficial con láser (LST) ha surgido como un tratamiento prometedor para mejorar las características de corrosión a altas temperaturas, y es el enfoque empleado en este proyecto. Tras el tratamiento, se examinaron la morfología, la rugosidad, la transición de fase, la microdureza y la tensión residual de la superficie en relación con la potencia del láser y la velocidad de escaneado. Para la caracterización se emplearon la microscopía electrónica de barrido (SEM), el análisis de rayos X, la dureza Vickers, la espectroscopía Raman, la espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y la difracción de electrones retrodispersados (EBSD). Los resultados revelaron que una alta potencia del láser y una baja velocidad de escaneado dan lugar a un mayor contenido de martensita, lo que se traduce en una superficie más dura y también la rugosidad aumenta significativamente, además de una mayor tensión residual. El aumento de la velocidad de escaneado o la reducción de la potencia del láser tienen el efecto contrario en las características.
Tras las pruebas de corrosión, se han caracterizado por SEM las secciones transversales de las muestras. Se ha visto que las tasas de corrosión se pueden reducir por LST, alcanzando un 34% de reducción en el caso más relevante. Tras estos resultados, se investigó el compuesto de la capa de óxido mediante EBSD y difracción de rayos X (XRD) para comprender completamente el efecto de la LST.
Por otra parte, las pruebas de fatiga muestran que cuando el LST afecta demasiado al estado de la superficie, la vida a fatiga del material puede reducirse en un 15%. Para explicar este efecto se utilizó la fractografía.
La investigació analitza els efectes d'un làser polsat de nanosegons sobre el rendiment d'un acer inoxidable AISI 301LN. L'estudi pretén utilitzar aquest material en una aplicació específica d'emmagatzematge d'energia que inclou condicions d'alta temperatura i càrrega cíclica. La texturització de la superfície amb làser (LST) ha sorgit com un tractament prometedor per millorar les característiques de corrosió a altes temperatures, i és l'enfocament emprat en aquest projecte.
Després del tractament, es van examinar la morfologia, la rugositat, la transició de fase, la microduresa i la tensió residual de la superfície en relació amb la potència del làser i la velocitat d'escaneig. Per a la caracterització es va utilitzar la microscòpia electrònica d'escaneig (SEM), l'anàlisi de raigs X, la duresa Vickers, l'espectroscòpia Raman, l'espectroscòpia d'infrarojos de transformada de Fourier (FTIR) i la difracció d'electrons retrodispersats (EBSD). Els resultats van revelar que l'alta potència del làser i la baixa velocitat d'escaneig donen lloc a un contingut de martensita més gran, que condueix a una superfície més dura, amb un augment significatiu de la rugositat i tensions residuals més altes. L'augment de la velocitat d'escaneig o la reducció de la potència del làser tenen l'efecte contrari sobre aquestes característiques.
S'han fet proves de corrosió i les observacions amb SEM de la secció transversal de les mostres va demostrar que les taxes de corrosió es poden reduir per LST fins a un 34% en el cas més rellevant. Després d'aquests resultats, es va investigar la composició de la capa d'òxid mitjançant EBSD i difracció de raigs X (XRD) per entendre completament l'efecte de la LST.
D'altra banda, les proves de fatiga mostren que el LST afecta negativament l'estat de la superfície i, aleshores, la vida a fatiga es redueix al voltant d'un 15%. Per explicar aquest efecte, es van fer estudis fractogràfics.
The research looks into the effects of a nanosecond pulse laser on the performance of an AISI 301LN stainless steel. The study intends to use this material in a specific application of energy storage that includes high temperature and cyclic load conditions. Laser surface texturing (LST) has emerged as a promising treatment for improving corrosion characteristics at high temperatures, and this is the approach employed in this project.
Following laser treatment, characteristics such as the morphology, roughness, phase transition, microhardness, and residual stress of the surface, were examined in relation to the main laser parameters, i.e., power and scanning speed. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray analysis, Vickers hardness, Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and electron backscatter diffraction (EBSD), were employed for characterisation. They revealed that high laser power and low scanning speed result in a larger martensite content, which leads to a harder surface, with a significant roughness increase, and higher residual stresses. Increasing scanning speed or reducing laser power have the opposite effect on those characteristics.
Corrosion tests have been done and SEM of the cross-sectional samples showed that corrosion rates can be reduced by LST up to 34% in the most relevant case. Following these results, the composition of the oxide scale was investigated by EBSD and X-ray diffraction (XRD) to completely understand the effect of the LST.
On the other hand, fatigue testing shows that LST impacts negatively on the state of the surface, and then fatigue life is reduced by around 15%. To explain this effect, fractographic studies were carried out.
ETU.UNIV-LORRAINE.FR
