Effect of Aqua Blasting, Sandblasting and Laser Engraving on the Corrosion Resistance of Type 316 Stainless Steel

Abstract

The goal of this paper is to advance our understanding about the influence of commercial surface finishing treatments on microstructure development and corrosion resistance of a type 316L stainless steel. Aqua blasting, sandblasting, and application of a laser barcode engraving treatment were investigated using Focus Ion Beam, X-ray phase analysis, X-ray residual stress measurements, and surface roughness measurements. All surface microstructures were then assessed with atmospheric corrosion tests at 50 °C and 30 % relative humidity. Aqua blasting resulted in compressive surface residual stresses of − 500 to − 600 MPa, with no evidence of strain-induced martensite. Sandblasting led to compressive surface residual stresses of − 700 MPa, also with no evidence of strain-induced martensite. The samples subjected to laser engraving exhibited a recrystallized near-surface microstructure, with tensile surface residual stresses in the order of + 500 MPa.

Atmospheric corrosion tests were carried out using MgCl₂ concentrations of 38–772 µg/cm², with optical and laser confocal microscopy applied to quantify the development of corrosion products over time. The latter was correlated with the maximum depth of attack after exposure for 370 days of exposure. Atmospheric corrosion tests with deposition densities exceeding 38 µg/cm² MgCl₂ led to the formation of corrosion products within the first 24 hours of exposure, with the development of corrosion products following parabolic growth laws. It is further shown that higher deposition densities led to fewer localised corrosion sites, but with larger dimensions in size. Laser engraving resulted in a higher number corrosion sites compared to the aqua blasted surfaces, with MgCl₂ deposited over the interface between both finishing treatments indicating preferential attack on the laser engraved microstructure.

Zusammenfassung

Die Veröffentlichung hat das Ziel, über den Einfluss von kommerziell erhältlichen Oberflächenbehandlungen und deren Auswirkung auf die Mikrostruktur und Korrosionseigenschaften zu informieren. Der Einfluss auf die Mikrostruktur wurde mit Focus Ion Beam Messungen, Röntgenbeugungsanalyse, Eigenspannungsmessungen und Rauhigkeitsmessungen bestimmt. Atmosphärische Korrosionsuntersuchungen wurden bei 50 °C und 30 % relativer Luftfeuchtigkeit an allen Oberflächenzuständen durchgeführt.

Wasser- und Sandstrahlen führen zu Druckeigenspannungen in der Größenordnung von − 500 bis − 700 MPa ohne den Nachweis von Verformungsmartensit. Ein anschließendes Lasergravieren auf den gestrahlten Proben führt zur Rekristallisation der oberflächennahen Region in Kombination mit Zugspannungen (+ 500 MPa).

Die mechanisch behandelten Proben wurden über 388 Tage mit aufgebrachten MgCl₂ Tropfen ausgelagert. Die applizierten Korrosionstropfen führten zu MgCl₂ Konzentrationen zwischen 38–772 µg/cm². Die Veränderung der Korrosionsprodukte über den Auslagerungszeitraum wurde mittels Licht- und Konfokalmikroskop quantifiziert und anschließend mit der maximalen Korrosionstiefe korreliert. Die atmosphärischen Korrosionsuntersuchungen zeigten für MgCl₂ Konzentrationen größer als 38 µg/cm² die Formation von Korrosionsprodukten innerhalb der ersten 24 Stunden. Die Entwicklung der Korrosionsprodukte folgt dem parabolischen Wachstumsgesetz. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass mit steigender Tropfenkonzentration die Anzahl der Korrosionsstellen zurückgeht, aber das Volumen und die Korrosionstiefe zunehmen. Die lasergravierten Oberflächen zeigten sich im Vergleich zu wassergestrahlten Oberflächen anfälliger. Das äußert sich in einer größeren Anzahl von Korrosionsstellen und in dem bevorzugten Angriff der lasergravierten Oberflächen in einem System, in dem beide Oberflächenbehandlungen demselben korrosivem Medium ausgesetzt sind.