Conjugados duplex de WC-Co/NiCrAl e NiCr, processados por aspersão térmica para aplicações em meios corrosivos e/ou desgaste
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Paulo Jose Modenesi
Vicente Tadeu Lopes Buono
Maria das Merces Reis de Castro
Vicente Tadeu Lopes Buono
Maria das Merces Reis de Castro
Resumo
As principais aplicações de cermets (WC-Co) nos tempos atuais envolvem meios que são inerentementes corrosivos. Por exemplo, em ferramentas de usinagem, onde calor de alta intensidade é produzido, com ou sem uso de refrigerantes, e nos casos em que estes são utilizados, o ataque corrosivo do fluido refrigerante torna-se um fator decisivo no desempenho da ferramenta de corte. Cermets são, em geral, selecionados para uma aplicação em função da sua alta resistência ao desgaste abrasivo, o que é uma função de sua altadureza e boa tenacidade. Mas, normalmente pouca atenção é dada aosataques químicos que podem inclusive acelerar o processo de desgaste pelo o qual o material cermet tinha sido especificado. Recobrimentos de cermet, processados por aspersão térmica, têm sido indicados para as mesmas aplicações, onde alta resistência ao desgaste é necessária e nestes casos, condições de ataque químico se tornam ainda mais críticas, uma vez que além da corrosão localizada que o ligante, tal como o cobalto, pode sofrer, liberando partículas duras de carbonetos e acelerando o desgaste, tem-se o fato que taisrecobrimentos possuem estruturas lamelares, com presença de porosinterconectados, permitindo que meios corrosivos penetrem até a superfície do substrato, produzindo a degradação do mesmo.O desenvolvimento destes recobrimentos para uso em aplicações onde se faz necessário uma resistência ao desgaste alta e ao mesmo tempo resistência à oxidação e corrosão coloca desafios e, exige soluções tecnológicas específicas. Uma aplicação atual tem sido a produção de recobrimentos para rolos de conformação, onde já se tem uma patente, com o desenvolvimento de recobrimentos por aspersão térmica a plasma de carbonetos de tungstênio incrustados numa matriz ligante de níquel. Esta solução tecnológica possui, por outro lado, a desvantagem de utilizar níquel no lugar de cobalto o que conduz a uma perda em dureza e tenacidade. Conjugados duplex de WC-Co/NiCrAl ou NiCr, processados por aspersão térmica, para aplicações em meios corrosivos e/ou desgaste Este trabalho aceitou como desafio o desenvolvimento de revestimentos para a utilização na recuperação e/ou fabricação de cilindros de desempeno para unidades de lingotamento contínuo. Esta aplicação é exemplar no que diz respeito a solicitações mecânicas cíclicas em ambientes degradativos, pelo contato da superfície do rolo com água e com metais de alta temperaturaproduzindo vapores que podem possuir alta pressão e alta velocidade. Estas são condições com elevado potencial para o desgaste por erosão. Além disso, processos de corrosão podem ocorrer, desde que a composição da água refrigerante é específica devida a influências locais tais como a origem da água e o contato da mesma com o tarugo em alta temperatura. Desta forma, dois conjugados duplex são propostos neste trabalho tendo como horizonte de aplicação à extensão da vida útil desses rolos de desmpeno e foram produzidos assim, com o objetivo de resistirem ao desgaste erosivo e abrasivo e a meios corrosivos.Os sistemas conjugados foram produzidos através da deposição de umacamada intermediária de NiCr ou NiCrAl, depositadas por APS, seguida pela deposição de uma camada superficial de WC-Co, depositada por HVOF. A primeira camada é proposta para atuar como uma barreira para ataques químicos ao substrato, e a segunda camada tem como função aumentar a resistência ao desgate erosivo e abrasivo. Os processos de deposição são diferentes entre si, no primeiro caso (APS) busca-se garantir altas temperaturas para reações exotérmicas de oxidação ocorrerem produzindo uma maior adesão e, para a segunda camada , a escolha do processo HVOF garante um recobrimento mais denso, com menor porosidade e maior coesão interlamelar. As condições de deposição para estes recobrimentos foram definidas atravésde projetos de experimento realizados (depósitos APS) e através deparâmetros de projetos de experimentos encontrados na revisão bibliográfica (depósitos HVOF). Efetuou-se a análise de desempenho de cada um destes sistemas conjugados através da caracterização estrutural, avaliação da Conjugados duplex de WC-Co/Ni CrAl ou NiCr, processados por aspersão térmica, para aplicações em meios corrosivos e/ou desgaste aderência do recobrimento ao substrato, resistência à corrosão e resistência á cavitação. O conjugado duplex produzido com a camada intermediária de NiCrAl foi o que apresentou maior aderência na interface substrato/recobrimento. Indícios de reações de oxidação do alumínio confirmam esta maior aderência deste conjugado. Ensaios de imersão em meio ácido indicaram para os conjugados duplex, seja de NiCr ou NiCrAl, a menor perda de massa além de não ter se observado uma corrosão localizada presente no aço de baixo carbono, ABNT 1020. Constatou-se uma dissolução seletiva do cobalto na camada superficial de WC-Co, de modo que o meiocorrosivo atingiu a camada intermediária. Nestes recobrimentos, o teor de ferro dissolvido nos ensaios de imersão foi bastante inferior aos conjugados WC-Co / aço 1020 e os conjugados NiCr/aço 1020 e NiCrAl/aço 1020. Este resultado confirma que a introdução de uma camada intermediária foi efetiva para a proteção do ataque do meio ácido. No meio básico, não ocorreu a dissolução preferencial do cobalto nos conjugados duplex e de wídia e, a concentração de todos os elementos selecionados na solução básica após os testes de imersãopor 30 dias encontrava-se abaixo dos limites de detecção. Os ensaios potenciodinâmicos selecionaram três grupos de conjugados: o primeiro deles é constituído do aço 1020, que não apresentou sinais de passivação e possui a maior taxa de corrosão; o segundo grupo é representado pelos conjugados com recobrimento de WC-Co e recobrimentos duplex, que apresentaram comportamento ativo-passivo-transpassivo, sofrendo passivação por duas vezes na faixa de potencial estudada, este grupo apresentou o menor potencial de corrosão; o terceiro grupo constitui dos conjugados com apenas ascamadas intermediárias e apresentou também comportamento ativo-passivotranspassivo, porém apresentando apenas uma única passivação na faixa estudada e, correntes de corrosão inferiores àquelas apresentadas pelo segundo grupo. Conjugados duplex de WC-Co/NiCrAl ou NiCr, processados por aspersão térmica, para aplicações em meios corrosivos e/ou desgaste Quanto ao ensaio de erosão por cavitação vibratória, concluiu-se que o conjugado duplex NiCrAl/aço 1020 apresentou uma taxa de perda de massa (mg/min) e uma taxa de volume perdido (cm3/min) inferiores às apresentadaspelo conjugado WC-Co/aço 1020, confirmando a função da camadaintermediária em melhorar a resistência ao desgaste erosivo de recobrimentos wídia em meios com solicitações mecânicas cíclicas juntamente a um meio fluído agressivo.
Abstract
Assunto
Engenharia metalúrgica
Palavras-chave
Engenharia metalúrgica e de minas