Application of electric arc and high voltage simultaneous discharges for advanced superficial treatment of metals

Authors

  • Ely Dannier Valbuena Niño Universidad Pontificia Bolivariana (UPB); Universidad Industrial de Santander (UIS)
  • Valeriy Dugar-zhabon Universidad Industrial de Santander (UIS)
  • Jaime Dulce Moreno Universidad Francisco de Paula Santander
  • Gabriel Peña Rodríguez Universidad Francisco de Paula Santander
  • Hernán Alfonso Garnica Corporación para la Investigación de la Corrosión CIC; Universidad Industrial de Santander (UIS)
  • Petr Tsygankov Universidad Técnica Estatal de Bauman

DOI:

https://doi.org/10.15332/iteckne.v9i1.2742

Keywords:

High voltage discharge, Electric arc vaporizer, Surface treatment, Optical microscopy

Abstract

The three-dimensional ion implantation (3DII) is a plasma method which is developed to treat metal surfaces. This method is realized in the JUPITER (Joint Universal Plasma and Ion Technologies Experimental Reactor) device through a low pressure pulse discharge ignited on the left branch of the Paschen curve. The main objective of the method is to improve the tribological characteristics of metal surfaces. To protect the material surfaces exposed to aggressive media, the JUPITER Device is modified with an installation of an arc electric vaporizer in its chamber. This modification permits to generate the high voltage discharge in the titanium vapor atmosphere. In this work a hybrid discharge (high voltage and electric arc discharges in simultaneous functioning) is studied and the experimental data show that the treatment of the AISI SAE 1020 steel surfaces by titanium ion and atom flows significantly reduce the damages produced by sulfate-reducing bacteria (BSR).

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Ely Dannier Valbuena Niño, Universidad Pontificia Bolivariana (UPB); Universidad Industrial de Santander (UIS)

M.Sc. en Física, Universidad Industrial de Santander. Docente e Investigador Grupo GINTEP, Universidad Pontificia Bolivariana. Investigador Grupo FITEK, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

Valeriy Dugar-zhabon, Universidad Industrial de Santander (UIS)

Ph.D. en Física, Universidad Estatal de Moscú. Docente Titular e Investigador Grupo FITEK, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

Jaime Dulce Moreno, Universidad Francisco de Paula Santander

Ph.D. en Física, Universidad Industrial de Santander. Docente Titular e Investigador, Grupo GITEC, Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia

Gabriel Peña Rodríguez, Universidad Francisco de Paula Santander

Ph.D. en Ingeniería de Materiales, Instituto Politécnico Nacional. Docente Titular e Investigador, Grupo GITEC, Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia

Hernán Alfonso Garnica, Corporación para la Investigación de la Corrosión CIC; Universidad Industrial de Santander (UIS)

M.Sc.(c) en Física, Universidad Industrial de Santander Profesional. Investigador, Corporación para la Investigación de la Corrosión. Investigador Grupo FITEK, Universidad Industrial de Santander, Piedecuesta, Colombia

Petr Tsygankov, Universidad Técnica Estatal de Bauman

Ph.D. en Física del Plasma, Universidad Técnica Estatal de Bauman. Científico Sénior, Director del Laboratorio de Plasma del Instituto de Ingeniería, Universidad Técnica Estatal de Bauman, Moscú, Rusia

References

[1] V. D. Dougar-Jabon, H. J. Dulce Moreno and P. A. Tsygankov, “Implantación Iónica”, Revista Respuestas, vol. 8, pp. 19-30, 2003.

[2] V. D Dougar-Jabon, J. Dulce Moreno and P. A. Tsygankov, “High voltage pulse discharge for ion treatment of metals”, Review of Scientific Instruments, vol. 73, pp. 828-830, 2002.

[3] V. D. Dougar-Jabon, B. J. Castro, H. J. Dulce Moreno and P. A. Tsygankov, “Device JUPITER for ion implantation”, Revista Colombiana de Física, vol. 31 no. 2, pp. 181-184, 1999.

[4] V. I. Khvesyuk and P. A. Tsygankov, “The Use of a High-Voltage Discharge at Low Pressure for 3D Ion Implantation”, Surface and Coatings Technology, vol. 96, pp. 68-74, 1997.

[5] J. H. Dulce Moreno, P. A. Tsygankov, V. D. DugarZhabon, E. D. V. Niño, F. F. Parada, “Estudio de los Haces Electrónicos en la Descarga Eléctrica de Alto Voltaje a Bajas Presiones”, Puente Revista Científica, vol. 5, no. 2, pp. 21-26, 2011.

[6] H. Takikawa and H. Tanoue, “Review of Cathodic Arc Deposition for Preparing Droplet-Free Thin Films”, IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 35, no. 4, pp. 992-999, 2007.

[7] T.S. Rao, Aruna Jyothi Kora, B. Anupkumar, S.V. Narasimhan and R. Feser, “Pitting Corrosion of Titanium by a Freshwater Train of Suplase Reducing Bacteria (Desulfovidrio Vulgaris)”, Corrosion Science, vol. 47, pp. 1071-1084, 2005.

[8] R. Zuo, D. Ornek, B. C. Syrett, R. M. Green, C. H. Hsu, F. B. Mansfeld. & T. K. Wood, “Inhibiting Mild Steel Corrosion From Sulfate-Reducing Bacteria Using Antimicrobial-Producing Biofilms in Three-Mile-Island Process Water”, Appl. Microbiol. Biotechnol, vol. 64, pp. 275-283, 2004.

[9] C. B. Mello, “Surface modification of SAE 1070 by chromium using plasma immersion ion implantation and deposition”, Surface & coatings technology, vol. 204, pp. 2971-2975, 2010.

[10] D. Peña, P. Fontalvo, H. Estupiñan, E. Dannier V. Niño and W. Vesga, “Experimental Evaluation of Corrosion Resistance of an AISI-SAE 4140 Steel Implanted With Nitrogen Ions”, Revista Dyna, vol. 76, no 159, pp. 43-52, 2009.

[11] V. Dugar-Zhabon, H. J. Dulce and D. Y. Peña, “Estudio de un Nuevo Método de Modificación de Superficies de Metales – MOSMET”, Proyecto Colciencias código 1102-06-17623, 2009.

[12] P. Tsygankov, A. Plata, Ely D. V. Niño, C. Ochoa, F. Parada, C. Chacón and V. D. Dugar-Zhabon, “Study of Volt-Ampere Carachteristics and Functioning Peculiarities of a Vacuum Arc Sprayer”, Revista Colombiana de Física, vol. 43, no. 2, pp. 458-462, 2011.

[13] E. D. Valbuena Niño, H. Garnica, V. Dugar-Zhabon, D. Martínez and F. Durán, “Caracterization of API 5LX 65 Steel Gravimetric Cupons Implanted by Nitrogen and Titanium Ions”, Revista Colombiana de Física, vol. 43, no. 1, pp. 134-137, 2011.

[14] E. D. Valbuena Niño, D. Peña, D. V. Salinas and L. F. Chinchilla, “Modificación Superficial de un Acero AISI SAE 1045 Mediante la Implantación de Iones de Nitrógeno y Titanio”, Revista Iteckne, vol. 8, no. 1, pp. 31-36, 2011.

[15] E. D. Valbuena Niño, H. Garnica and V. DugarZhabon, “Tecnología del Plasma Aplicada a Problemáticas en el Sector Hidrocarburos en Colombia”, Revista Iteckne, vol. 8, no. 1, pp. 37-41, 2011.

[16] ASTM E3-11 Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens; 1999.

[17] NACE RP 0775. Preparation, Installation, Analysis, and Interpretation of Corrosion Coupons in Oilfield Operations. 2005.

[18] ASTM G1-03 Standard Practice for Preparing, Cleaning and Evaluating Corrosion Test Specimens; 2003.

Published

2014-11-26

How to Cite

Valbuena Niño, E. D., Dugar-zhabon, V., Dulce Moreno, J., Peña Rodríguez, G., Garnica, H. A., & Tsygankov, P. (2014). Application of electric arc and high voltage simultaneous discharges for advanced superficial treatment of metals. ITECKNE, 9(1), 14–20. https://doi.org/10.15332/iteckne.v9i1.2742

Issue

Section

Research and Innovation Articles