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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
RENAN DE FREITAS GRAL
Proteção à oxidação de ligas Nb-Si-B via “Halide Activated Pack Cementation”:
revestimento de Fe-Cr-Si-B
Lorena
2013
RENAN DE FREITAS GRAL
Proteção à oxidação de ligas Nb-Si-B via “Halide Activated Pack Cementation”:
revestimento de Fe-Cr-Si-B
Trabalho de Graduação apresentado à
Escola de Engenharia de Lorena da
Universidade de São Paulo para obtenção
do título de Engenheiro de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Gilberto Carvalho Coelho
Lorena
2013
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS
DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha Catalográfica Elaborada pela Biblioteca Especializada em Engenharia de Materiais
EEL USP
Gral, Renan
Proteção à oxidação de ligas Nb-Si-B via “Halide Activated
Pack Cementation”: revestimento de Fe-Cr-Si-B. / Renan de Freitas
Gral; Gilberto Carvalho Coelho. Lorena, 2013.
Número de folhas f.: 69
Monografia (Trabalho de Graduação em Engenharia de
Materiais) – Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São
Paulo.
1. Ligas de nióbio 2. Revestimento protetor 3. Halide
Activated Pack Cementation
CDU 669.018
Dedico este trabalho aos meus pais, que sempre estiveram ao meu lado, me motivando em
todos os momentos da minha vida.
AGRADECIMENTOS
A Deus por ter me dado o dom da vida e forças para nunca desistir.
Aos meus pais Altair Gral e Maria Deize de Freitas Gral, pelos conselhos, carinho, dedicação e
amizade.
Ao Prof. Dr. Gilberto Carvalho Coelho pela amizade e auxílio durante toda a orientação, que
sempre esteve presente, tornando possível a realização deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Carlos Angelo Nunes pela amizade, ideias, dedicação e auxílio no
desenvolvimento do trabalho.
A Escola de Engenharia de Lorena, docentes e servidores, pelo suporte e auxílio.
Aos amigos Alex Matos, Alvaro Guilherme, Fernando Graber, Geraldo Prado, por toda ajuda,
atenção e ensinamentos que sempre foram acompanhados de grandes risadas.
Aos amigos Antônio Augusto, Douglas Nanes e Rafael Bogado por toda ajuda e dedicação,
pela companhia nas viagens e amizade.
Aos amigos de faculdade Alexandre Gueiros, Carlos Santos, Fabiano Eduardo, Mirian Cobra,
Fabricia Resende por todos os momentos de companheirismo, alegria, e amizade.
RESUMO
GRAL, R. F. Proteção à oxidação de ligas Nb-Si-B via “Halide Activated Pack
Cementation”: revestimento de Fe-Cr-Si-B. 2013. 69f. Monografia (Trabalho de Graduação
em Engenharia de Materiais) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo,
Lorena, 2013.
O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de proteção à oxidação para a liga
Nb83Si10B7 (%at.) através da codeposição de elementos a partir de uma liga a base de Fe-Cr-Si-
B pelo processo Halide Activated Pack Cementation utilizando cloreto de amônio como
ativador. Os processos de deposição foram realizados a 1100 ºC e 1200 ºC durante 24h e 48h.
Os depósitos foram analisados e caracterizados via microscopia ótica, microscopia eletrônica
de varredura e microanálise eletrônica (EDS). Foram também realizados ensaios de oxidação
cíclica a 1100 ºC e 650 ºC, em ciclos com duração de 60 minutos, e ensaio de oxidação
isotérmica a 1200 °C, a fim de validar a resistência à oxidação dos cupons com revestimento e
sem revestimento. Os resultados mostraram que o processo de deposição realizado a 1100 °C
durante 48h gerou a melhor proteção contra oxidação.
Palavras-chave: Ligas de nióbio, revestimento protetor à oxidação, Halide Activated Pack
Cementation
ABSTRACT
GRAL, R. F. oxidation protection of a Nb-Si-B alloy through Halide Activated Pack
Cementation: coated by Fe-Cr-Si-B. 2013. 69f. Monograph (Undergraduate Work in
Materials Engineering) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena,
2013.
This work aims to develop protection against oxidation for the alloy Nb83Si10B7 (%at.) by
codeposition of elements from a master alloy of Fe-Cr-Si-B through Halide Activated Pack
Cementation using ammonium chloride as activator. The coating process was performed at
1100 ºC and 1200 ºC for 24h and 48h. The deposits were analyzed and characterized through
optical microscopy, scanning electron microscopy and electron probe microanalysis (EDS).
Experiments of isothermal oxidation at 1200 °C as well as of cyclic oxidation tests at 1100 ºC
and 650 ºC, in cycles lasting for 60 minutes, were performed in order to validate the oxidation
resistance of coated and uncoated coupons. The results showed that the coating process
performed at 1100 ° C for 48h produced the best protection against oxidation.
Keywords: Niobium alloys, oxidation protection, Halide Activated Pack Cementation
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Projeção liquidus do sistema Nb-Si-B na região rica em Nb.....................................23
Figura 2. Difratograma de raios X da liga Nb83Si10B7 no estado bruto de fusão.......................31
Figura 3. Difratograma de raios X da liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2.........................32
Figura 4. Seção isotérmica a 1047°C do sistema Fe-Cr-Si........................................................33
Figura 5. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após HAPC (1200°C/24h) ..........................................................................................35
Figura 6. Micrografia referente à microanálise eletrônica (EDS) após
HAPC (1200°C / 24h).................................................................................................37
Figura 7. Gráfico relacionando a composição do revestimento (% at.) com
a profundidade do depósito após HAPC (1200°C/24h)..............................................38
Figura 8. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de
varredura após o processo de revestimento (1100ºC / 24h).........................................39
Figura 9. Micrografia referente à microanálise eletrônica (EDS) após procedimento
de revestimento (1100ºC / 24h)..................................................................................40
Figura 10. Gráfico relacionando a composição do revestimento (% at.)
com a profundidade do depósito após HAPC (1100ºC / 24h)....................................41
Figura 11. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após o processo de revestimento (1100ºC / 48h) – lixa inicial # 120........................43
Figura 12. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após o processo de revestimento (1100ºC / 48h) – lixa inicial # 600.........................43
Figura 13. Micrografia referente à microanálise eletrônica (EDS) da trinca
após procedimento de revestimento (1100ºC / 48h) – lixa inicial # 600....................44
Figura 14. Gráfico relacionando composição de níquel (% at.) ao
longo de uma das trincas presentes no revestimento................................................45
Figura 15. Micrografia referente à microanálise eletrônica (EDS) após procedimento
de revestimento via HAPC (1100ºC / 48h).................................................................46
Figura 16. Gráfico relacionando a composição do revestimento (% at.)
com a profundidade do depósito após HAPC (1100ºC / 48h)...................................47
Figura 17. Aspecto dos cupons após o ciclo 21 do ensaio de oxidação cíclica.........................48
Figura 18. Resultado do ensaio de oxidação cíclica para os cupons revestidos
pelo processo de HAPC a 1100°C / 24h...................................................................50
Figura 19. Resultado do ensaio de oxidação cíclica para os cupons revestidos
pelo processo de HAPC a 1100°C / 48h....................................................................50
Figura 20. Resultado do ensaio de oxidação cíclica para os cupons revestidos
pelo processo de HAPC a 1200°C / 24h...................................................................51
Figura 21. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após ensaio de oxidação cíclica do cupom #6..........................................................53
Figura 22. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após ensaio de oxidação cíclica do cupom #6...........................................................54
Figura 23. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após ensaio de oxidação cíclica do cupom #7..........................................................55
Figura 24. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após ensaio de oxidação cíclica do cupom #7...........................................................55
Figura 25. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após ensaio de oxidação cíclica do cupom #10........................................................56
Figura 26. Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura
após ensaio de oxidação cíclica do cupom #10..............................................57
Figura 27. Variação de massa por unidade de área dos cupons #12 e #13
durante o ensaio de oxidação cíclica a 1100°C..............................................59
Figura 28. Variação da massa por unidade de área do cupom #15 durante
o ensaio de oxidação cíclica a 650°C.............................................................60
Figura 29. Imagem do cupom revestido após 389 horas de ensaio de
oxidação cíclica..............................................................................................61
Figura30. Ensaio de oxidação isotérmica, 1200ºC durante 50h.....................................63
Figura31. Taxa de oxidação do cupom durante o ensaio de oxidação
isotérmica, 1200ºC durante 50h......................................................................64
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Condições dos procedimentos de revestimento........................................................34
Tabela 2. Microanálise eletrônica (EDS) após HAPC (1200°C/24h).......................................37
Tabela 3. Microanálise eletrônica (EDS) após procedimento de revestimento
(1100ºC / 24h) - resultados em porcentagem atômica...............................................41
Tabela 4. Microanálise eletrônica (EDS) da trinca após procedimento de
revestimento (1100ºC / 48h) - resultados em porcentagem atômica..........................45
Tabela 5. Microanálise eletrônica (EDS) após procedimento de revestimento
via HAPC (1100ºC / 48h) - resultados em porcentagem atômica..............................47
Tabela 6. Massa dos cupons durante o ensaio de oxidação cíclica...........................................49
Tabela 7. massas e dimensões dos cupons após revestimento via HAPC
a 1100°C durante 48h..................................................................................................58
Tabela 8. Massa dos cupons durante o ensaio de oxidação cíclica a 1100°C............................58
Tabela 9. Massa dos cupons durante o ensaio de oxidação cíclica a 650°C..............................59
LISTA DE SIGLAS
PVD Physical Vapor Deposition
CVD Chemical Vapor Deposition
HAPC Halide Activated Pack Cementation
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
EDS Espectroscopia por Dispersão de Energia
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.................................................................................................................17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 19
2.1 Oxidação de Metais .................................................................................................. 19
2.2 Técnicas de Revestimento.........................................................................................20
2.3 Halide Activated Pack Cementation..........................................................................22
2.4 Ligas do Sistema Nb-Si.............................................................................................22
2.5 A liga Nb83Si10B7......................................................................................................23
2.6 Fase T2 no Sistema MR-Si-B....................................................................................24
2.7 Oxidação no Sistema MR-Si-B.................................................................................24
2.8 Liga Fe-Cr-Si-B ........................................................................................................ 26
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................. 27
3.1 Confecção das Amostras .......................................................................................... 27
3.2 Produção da Liga de Revestimento .......................................................................... 27
3.3 Revestimento das Amostras ..................................................................................... 28
3.4 Caracterização Microestrutural................................................................................. 28
3.5 Ensaios de Oxidação.................................................................................................29
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ...................................................................................... 31
4.1 Caracterização do substrato Nb83Si10B7 após fusão .................................................. 31
4.2 Caracterização da liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2........................................32
4.3 Massa e tamanho dos cupons após revestimento realizado via HAPC......................33
4.4 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o processo HAPC
realizado a 1200ºC durante 24h..................................................................................34
4.5 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o processo HAPC
realizado a 1100ºC durante 24h.................................................................................38
4.6 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o processo HAPC
realizado a 1100ºC durante 48h.................................................................................42
4.7 Avaliação da resistência à oxidação cíclica da liga Nb83Si10B7 sem e
com revestimento........................................................................................................47
4.8 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o ensaio de
oxidação cíclica............................................................................................................52
4.9 Avaliação da resistência à oxidação cíclica da liga Nb83Si10B7 com
revestimento realizado a 1100°C durante 48h.............................................................57
4.10 Avaliação da resistência à oxidação isotérmica da liga Nb83Si10B7 com
revestimento realizado a 1100°C durante 48h..............................................................62
5 CONCLUSÃO .................................................................................................................. 65
6 REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 67
17
1 INTRODUÇÃO
Se considerarmos os avanços tecnológicos ocorridos nas ultimas décadas,
principalmente nos setores aeroespacial e de geração de energia, vemos que houve uma
grande necessidade em projetar turbinas que tivessem cada vez mais alta performance e que
fossem cada vez mais eficientes. Para realizar tais objetivos, foi necessário projetar sistemas
que operassem em temperaturas cada vez mais elevadas. Ao longo do tempo, devido às altas
temperaturas e ao ambiente extremamente agressivo ao qual eram expostas, foi observada nos
componentes dessas turbinas a formação de trincas, oxidação e desgastes, sendo necessário
periodicamente sua substituição ou de seus componentes. Assim, foi necessário um grande
investimento em tecnologia e desenvolvimento de novos materiais que pudessem trabalhar em
temperaturas cada vez mais altas e que pudessem operar durante longos períodos de tempo,
com o mínimo possível de reparos [1 – 4].
A princípio, ligas multifásicas a base níquel se mostraram promissoras para serem
utilizadas em turbinas, porém, estudos mostraram que essas ligas sozinhas não eram
suficientes para garantir a integridade destes materiais durante longos períodos de utilização
em ambientes agressivos e elevadas temperaturas, que em muitos casos são superiores a
1100ºC. Um fator negativo que prejudica o uso de ligas a base de níquel são suas
temperaturas de fusão próximas a 1350°C, limitando assim a temperatura de operação das
turbinas. Além disso, dependendo do processo em que ocorreu a solidificação, pode ocorrer
fusão incipiente em temperaturas próximas a 1270°C [2, 5]. Dessa forma, para operarem de
forma segura, as turbinas cujos componentes são produzidos a partir de ligas a base de níquel,
têm sua temperatura de operação atualmente limitada.
Buscando uma nova solução para o problema, estudos foram feitos baseando-se no
sistema MR-Si-B (MR = Metal Refratário). Esses sistemas permitem produzir ligas
18
constituídas por microestruturas contendo fase(s) intermetálica(s) em equilíbrio com um metal
ou liga refratária. Ligas desse tipo apresentam uma fase ternária de alto ponto de fusão
chamada de fase T2, com boa resistência à fluência e boa resistência à oxidação, formando
uma espécie de um compósito com a matriz metálica [6, 7]. Apesar dessas ligas serem mais
resistentes a altas temperaturas do que as ligas a base de níquel, elas também não possuem
desempenho satisfatório contra oxidação durante longos períodos de tempo, resultando muitas
vezes em falhas do sistema devido à ocorrência de oxidação abrupta.
Para garantir que ligas desse sistema sejam utilizadas em altas temperaturas por longos
períodos de tempo sem sofrerem oxidação catastrófica, é necessária a aplicação de
revestimentos com alta resistência à oxidação para assegurar a integridade destes materiais.
Esses revestimentos podem ser aplicados através de duas técnicas distintas; uma das técnicas
é a Physical Vapor Deposition (PVD), baseadas apenas em processos físicos. A outra
importante técnica é a Chemical Vapor Deposition (CVD), que pode ser feita através do
processo Halide Activated Pack Cementation (HAPC), baseado em processos químicos
ativados por um elemento químico conhecido como “ativador”.
Estudos indicam que ligas do tipo Nb-Si-B, após revestidas com ligas do sistema Fe-Cr-
Si-B, mostraram um aumento significativo em sua resistência a oxidação[8]. Por esse motivo,
este trabalho tem como objetivo a preparação de ligas de Nb83Si10B7 revestidas via HAPC a
partir de liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2 (%at.), assim como a validação da proteção à
oxidação para os cupons revestidos através de ensaios de oxidação cíclica e de oxidação
isotérmica.
19
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Oxidação de metais
A oxidação pode ser definida como uma reação onde um metal perde elétrons, sendo
que a variação de energia livre associada com a formação de um composto é a força motriz
para que a oxidação ocorra [9]. No caso do presente trabalho, os compostos formados são de
natureza óxida.
A velocidade de oxidação do metal depende basicamente da etapa mais lenta do
mecanismo de reação, podendo ser qualquer processo, entre eles a transferência de elétrons
por adsorção química, transporte de ânions ou cátions através do óxido ou transferência de
massa através de uma interface. Se a oxidação promover a formação de uma camada de óxido
fina e aderente ao metal ela é desejável, uma vez que garante proteção ao material. Caso
contrário, a formação dessa camada de óxido pode resultar em alterações nas propriedades
mecânicas do metal, sendo indesejável [9].
Quando é formada uma camada fina e uniforme de óxido sobre a superfície do metal,
os reagentes gás e metal ficam separados, desse modo, as reações só continuarão a ocorrer se
cátions e ânions se difundirem através dessa camada de óxido [10].
A oxidação dos metais depende de diversos fatores, entre eles pode-se destacar a
temperatura, composição do material, meio de oxidação. A lei de crescimento de um filme
óxido em função do tempo é baseada na equação de Arrhenius, podendo esta equação ser do
tipo cúbica, parabólica, linear ou logarítmica. O tipo da equação irá depender da energia de
ativação para que ocorra a oxidação de um dado material.
O processo de oxidação pode ser dividido em quatro etapas. Na primeira, a velocidade
de oxidação é muito elevada, uma vez que o metal esta totalmente em contato com o
oxigênio. Durante a segunda etapa, a velocidade de oxidação diminui e varia com as
20
diferentes orientações dos grãos de óxidos que vão se formando, sendo assim, óxidos de
diversas cores são formados. A terceira etapa é aquela em que ocorre o espessamento da
camada de óxido, durante essa etapa, a velocidade de oxidação diminui ainda mais até tornar-
se igual a zero. Pode-se dizer que durante estas três primeiras etapas o óxido é protetor e
aderente à superfície do metal [11]. A última etapa é caracterizada pelo crescimento da
camada de óxido, resultando em pouca adesão ao metal, podendo ocasionar o descolamento
dessa camada. Nesse estágio a camada de óxido é prejudicial. É importante destacar que cada
uma destas etapas pode ser governada por leis diferentes de velocidade.
2.2 Técnicas de revestimento
Para garantir que ligas do sistema Nb-Si-B sejam utilizadas em altas temperaturas por
longos períodos de tempo sem sofrerem oxidação catastrófica, é necessária a aplicação de
revestimentos com alta resistência à oxidação para assegurar a integridade destes materiais.
Ao revestir o substrato com uma liga metálica, essa liga deve ser capaz de oxidar e proteger,
sendo capaz de impedir que o oxigênio entre em contato com o metal base, evitando assim a
oxidação do substrato. A liga de revestimento deve não só garantir proteção à oxidação, mas
também deve manter as propriedades desejadas como resistência mecânica, resistência às
elevadas temperaturas, ao impacto, e ao choque térmico. Dessa forma deve-se procurar a
técnica que melhor atenda aos requisitos finais desejados para o ambiente de operação do
dispositivo revestido [12].
Atualmente, existem diversas técnicas de revestimento disponíveis, entre elas pode-se
destacar a Physical Vapour Deposition (PVD), Chemical Vapour Deposition (CVD), Pack
Cementation, Thermal Spray Coating, Vacuum Plasma Coating, sendo que cada método
apresenta suas vantagens e desvantagens. [13]
21
Physical Vapor Deposition (PVD) é uma técnica baseada apenas em processos físicos. É
um processo amplamente utilizado, pois é muito simples de ser executado. Entretanto, gera
camadas de depósito de espessura limitada e com baixa resistência mecânica. Outra
desvantagem é a dificuldade de realizar a deposição em peças que contenham furos, partes
pequenas de difícil acesso e partes internas, ou seja, a geometria da peça é um fator limitante.
Chemical Vapor Deposition (CVD) é um processo que não suporta qualquer tipo de
material usado como revestimento, havendo grande dificuldade em depositar materiais
cerâmicos.
Para superar certas limitações do processo CVD, outras técnicas foram desenvolvidas,
como a Plasma-Assisted Chemical Vapour Deposition (PACVD). Entretanto, essa técnica
possui uma baixa taxa de deposição, limitando o seu uso para filmes finos. O processo de
deposição Thermal Spray é um processo simples e com custo relativamente menor que os
outros sendo, portanto, amplamente utilizado. Entretanto, a camada depositada apresenta alta
porosidade, superfícies não uniformes e baixa ligação mecânica com o substrato, o que limita
a aplicação de materiais obtidos por este processo em ambientes agressivos [12].
O HAPC é um processo muito vantajoso por ser de baixíssimo custo, podendo acomodar
substratos de diversos tamanhos e formas, produzindo camadas uniformes com espessuras
significativas, sendo possível revestir partes internas e peças com geometria complexa [12,
14, 15]. Porém, o processo se torna complexo, pois depende do conhecimento dos equilíbrios
químicos das reações que ocorrem durante o processo de revestimento. A escolha errada do
material que será depositado e do ativador poderá ocasionar uma difusão inversa, causando a
perda de massa do substrato.
22
2.3 Halide Activated Pack Cementation
No processo HAPC o substrato é envolvido por uma mistura de pós para revestimento,
geralmente formada por três componentes: pó de um metal puro ou uma liga-mãe contendo os
elementos que serão incorporados ao substrato, um ativador composto por um haleto salino e
uma carga inerte. Os ativadores mais comuns são o NH4Cl, NH4F, NaF, SiCl4 CrCl3 e AlCl3,
entretanto os mais utilizados são CrCl3, AlCl3 e NH4Cl. A carga inerte comumente utilizada é
a alumina (Al2O3), cuja função é impedir a sinterização e incorporação da liga-mãe na
superfície do substrato [16 – 18].
O substrato e a mistura de pós para revestimentos são colocados dentro de um
recipiente refratário, selado ou não e, então, aquecido em temperaturas que variam de acordo
com a composição do substrato e da liga-mãe. Devido o aquecimento, o haleto ativador se
decompõe e produz um vapor de haleto volátil dos componentes da liga. O gradiente de
potencial químico dos componentes entre a liga-mãe e o substrato é o que determina a difusão
do haleto gasoso, resultando na deposição sobre a superfície [16 – 20].
2.4 Ligas do sistema Nb-Si
Silicetos de nióbio apresentam boa resistência à oxidação, tenacidade à fratura razoável,
boa resistência à fadiga e às elevadas temperaturas, além de boa resistência ao impacto,
apresentando propriedades mecânicas suficientes para serem aplicadas em turbinas. Nos
últimos anos, ligas desse sistema vêm sendo amplamente estudadas, e uma ampla faixa de
revestimentos tem sido proposta. A motivação para esses estudos é a grande dificuldade em
conciliar alta resistência à oxidação e alta resistência mecânica em uma única composição
[20].
23
2.5 A liga Nb83Si10B7
De acordo com a projeção liquidus do sistema Nb-Si-B (Figura 1), esta composição de
liga gera uma precipitação simultânea das fases Nbss e T2 a partir do líquido, além disso,
nestas composições a fase T2 possui comportamento isotrópico com relação à expansão
térmica [7, 21].
Figura 1: Projeção liquidus do sistema Nb-Si-B na região rica em Nb [21]
24
2.6 Fase T2 no sistema MR-Si-B
As ligas baseadas nos sistemas MR-Si-B (MR = Metal Refratário) cujas composições
resultem na presença da fase T2 em suas microestruturas têm sido amplamente estudadas, por
apresentarem altas temperaturas solidus, por volta de 2250°C, densidade relativamente baixa
e boa resistência à oxidação [6].
Outros estudos indicam que a fase T2 quando submetida a um aquecimento apresenta
expansão térmica isotrópica [7, 16]. Este comportamento isotrópico é de fundamental
importância durante a aplicação em altas temperaturas, principalmente nos casos envolvendo
ciclagem térmica, pois materiais que apresentam fases com alto grau de anisotropia de
expansão térmica estão sujeitos à geração de importantes tensões internas, seguido do
aparecimento de trincas e eventual falha do componente em serviço. No sistema Nb-Si-B, o
aumento da percentagem de boro na fase T2 causa uma variação nos valores de anisotropia de
expansão térmica, de αc/αa = 1,2 na composição Nb62.5Si37.5 até αc/αa = 0,73 na composição
Nb64Si14.4B21.6, onde αc e αa representam os valores de expansão térmica ao longo das direções
cristalográficas a e c [7].
2.7 Oxidação no sistema MR-Si-B
Para a compreensão do fenômeno de oxidação das ligas do sistema Nb-Si-B, faz-se
necessário compreender primeiramente o fenômeno de oxidação das ligas do sistema Mo-Si-
B.
No sistema Mo-Si, a fase MoSi2 apresenta alta resistência à oxidação em temperaturas
elevadas, da ordem de 1700 °C. Entretanto, a fase MoSi2 é quebradiça, com baixa resistência
à fluência em temperaturas acima de 1200 °C, apresentando ainda uma fraca resistência à
25
oxidação para temperatura moderadas que variam entre 600 °C e 800 °C. Essa baixa
resistência à oxidação para temperaturas intermediárias é explicada por alguns autores como
sendo um fenômeno resultante da desintegração da liga em pequenas partículas ou pó,
facilitando a interação com o oxigênio, levando à oxidação catastrófica [22-28].
Outro fenômeno importante está associado à volatilização da fase MoO3. Durante a
oxidação, a fase termodinamicamente mais estável é o MoO3, que tende a volatilizar com o
aumento da temperatura, resultando em uma rápida perda de massa inicial, e na formação de
um óxido poroso. Além disso, sua volatilização pode levar a um aumento da pressão de vapor
do sistema, podendo contribuir para um aumento das tensões internas, causando trincas nas
camadas oxidadas [27-29].
Outra fase que pode estar presente no sistema Mo-Si é a Mo5Si3, que apresenta melhor
resistência à fluência que a fase MoSi2, entretanto, apresenta pobre resistência à oxidação em
temperaturas mais elevadas, da ordem de 1000 °C, devido o mesmo fenômeno de
desintegração da liga, gerando pequenas partículas ou pó [25].
Para solucionar o problema causado pela desintegração das ligas do sistema Mo-Si,
estudos foram realizados visando à adição de boro. Os resultados indicaram que pequenas
adições de boro, em torno de 2wt.% já podiam melhorar drasticamente o comportamento de
oxidação isotérmica em altas temperaturas, podendo inclusive, eliminar a desintegração da
liga. Essa melhora significativa ocorre pois a adição do boro resulta na formação de uma fase
vítrea de sílica com boro agregado, que apresenta uma viscosidade mais baixa do que o vidro
de sílica pura. Essa menor viscosidade faz com que o borossilicato possa fluir para preencher
fissuras e poros pré-existentes, reduzindo dessa forma o acesso do oxigênio ao substrato,
garantindo uma melhor proteção contra oxidação [23, 25, 26].
A diferença entre a resistência à oxidação das ligas do sistema Mo-Si-B e Nb-Si-B ocorre
principalmente devido a dois fatores, a formação de um composto não volátil Nb2O5 e a alta
26
porosidade da camada de óxidos formada durante a exposição ao ar. A presença da fase
Nb2O5 impede o fluxo do borossilicato, que além de ser formado em menor quantidade, tem
uma viscosidade maior, sendo assim, a formação de uma camada vítrea protetora e contínua é
dificultada. Além disso, essa fase não volátil facilita a difusão do oxigênio na interface entre a
camada protetora e a liga, reduzindo a proteção contra oxidação [29]. Diferentemente do que
se observa no sistema Mo-Si-B, onde a fase volátil MoO3 resulta em uma perda de massa
inicial, no sistema Nb-Si-B a fase não volátil Nb2O5 é responsável por um ganho de massa
inicial da liga durante oxidação, e dificulta a formação da camada de borossilicato [28, 29].
2.8 Liga Fe-Cr-Si-B
Dentre os revestimentos que podem aumentar a resistência à oxidação das ligas do
sistema MR-Si-B, destacando-se os silicetos de ferro/cromo, os quais permitem a formação de
óxidos estáveis, densos e aderentes ao substrato. Assim, estudos sobre revestimentos baseados
no sistema Fe-Cr-Si vêm se destacando nas últimas décadas, principalmente com a finalidade
de proteger ligas à base de Nb ou Mo [14].
Através de ligas do sistema Fe-Cr-Si, é possível obter uma sequência de silicetos
complexos que possuem alta resistência á oxidação. Entre esses silicetos pode-se destacar o
NbFe5Cr5Si8, Nb2Fe2Cr2Si5 e Nb3Fe3CrSi6, que oferecem significativa proteção a estes
materiais em ambientes oxidantes e altas temperaturas [14, 30].
É importante destacar que as ligas do sistema Fe-Cr-Si-B tem se mostrado superiores
às ligas do sistema Fe-Cr-Si, garantindo uma melhor proteção contra oxidação. Como visto
anteriormente, a adição de boro tente a gerar um maior volume de fase vítrea de borossilicato,
além de garantir sua maior fluidez.
27
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Confecção das amostras
Para a produção do substrato Nb83Si10B7 (%at.), foram produzidos lingotes dessa liga a
partir de matérias primas de elevada pureza via fusão a arco sob atmosfera de argônio, em um
cadinho de cobre refrigerado a água. Foram realizadas várias etapas de fusão, com o objetivo
de se obter uma liga homogênea. As etapas de fusão consistiram em fundir separadamente 5
lingotes pequenos de 10g do substrato que, após a realização de uma fusão final, foram
consolidados em um lingote de aproximadamente 50g. Vale ressaltar que após cada fusão era
realizada a medição da massa, a fim de acompanhar as possíveis perdas de massa decorrentes
desse processo.
Antes de cada etapa de fusão da liga, uma amostra de titânio era fundida a fim de
absorver eventuais impurezas ainda presentes na atmosfera do forno. Os lingotes de 50g
foram então usinados para que ficassem na forma de paralelepípedos.
Os lingotes da liga Nb83Si10B7 foram cortados no sentido transversal para confecção de
cupons que foram utilizados nos experimentos de revestimento. As superfícies dos cupons
foram lixadas até a grana de 1200, a fim de se obter uma superfície uniforme, e para diminuir
a presença de regiões acumuladoras de tensão, seus cantos foram arredondados. Os cupons
foram, então, limpos em acetona com o propósito de retirar eventuais contaminantes.
3.2 Produção da liga de revestimento
Para a produção da liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2 (%at.) foram utilizados pós
dos elementos com alto teor de pureza. Os pós foram pesados e misturados em gral de ágata e
então transferidos para um tubo de quartzo que foi selado em vácuo. O tubo foi então
colocado em um forno tubular a 1200ºC durante 96h, seguido de resfriamento ao ar. Após o
28
tratamento térmico observou-se que o tubo estava perfeitamente conservado, e a liga se
encontrou na forma de um bloco, indicando sua sinterização. A liga foi então cominuida até
passar por uma peneira de 120 mesh.
3.3 Revestimento das amostras
Para a produção de cupons do substrato revestidos pela liga de revestimento, foi
utilizado a técnica Halide Activated Pack Cementation, que consiste em adicionar pó de
alumina pura (Al2O3) ao pó da liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2 na proporção 40%
Al2O3 : 60% Fe30Cr20Si38,8B11,2 (em massa) e 15mg do ativador cloreto de amônio. Em
seguida, os pós foram misturados e colocados em um tubo de quartzo, juntamente com cupons
do substrato, de modo que ficassem totalmente em contato com essa mistura. Vale ressaltar
que os cupons não devem estar em contato uns com os outros e nem em contato com a parede
do tubo de quartzo. O tubo foi, então, selado em vácuo. O procedimento de revestimento foi
realizado colocando o tubo de quartzo em um forno tubular a 1100ºC durante 24h e 48h, e a
1200°C durante 24h com posterior resfriamento lento dentro do próprio forno, até atingir a
temperatura ambiente. As cápsulas foram, então, quebradas e os cupons foram retirados, não
sendo observada qualquer aderência significativa dos pós ao substrato. Os cupons foram
limpos em acetona e então pesados a fim de se determinar o ganho de massa após o
procedimento de revestimento.
3.4 Caracterização microestrutural
Alguns dos cupons revestidos foram separados para caracterização microestrutural. Para
isso, primeiramente foi depositada uma fina camada de ouro na superfície dos cupons, via
29
sputtering. Para esse procedimento, foi utilizada uma corrente de 50A durante 50s. Os cupons
foram então niquelados a fim de proteger a camada depositada durante a preparação
metalográfica. A niquelagem foi feita utilizando uma solução com sulfato de níquel (250g),
cloreto de níquel (300g), ácido bórico (20g) e água (1L). A corrente utilizada foi de 20A e o
procedimento durava em média 30 minutos.
A preparação metalográfica envolveu o embutimento completo dos cupons revestidos
usando resina a frio, seguido de lixamento até a grana 2400 e polimento em suspensão OP-S.
Os cupons foram então analisados via microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura
e microanálise eletrônica (EDS).
3.5 Ensaios de oxidação
Os outros cupons revestidos foram utilizados nos experimentos de oxidação cíclica. Este
tipo de ensaio consiste em deixar as amostras ao ar dentro de um forno a 1100°C durante 50
minutos e, após, retirar as amostras de dentro do forno, deixando-as expostas ao ar ambiente
durante 10 minutos. Durante o tempo em que são expostas ao ar ambiente, as amostras sofrem
um rápido resfriamento e contração, facilitando dessa forma a formação/propagação de trincas
pelo aparecimento de tensões termomecânicas. Nesse tipo de ensaio cada 60 minutos
compreende 1 ciclo e as amostras ensaiadas devem ter suas massas pesadas durante o período
em que estão fora do forno. Vale ressaltar que durante a pesagem deve-se tomar grande
cuidado para não danificar a amostra, evitando assim perda de camadas e falha precoce do
revestimento.
Em um primeiro grupo de experimentos foram utilizadas 2 amostras preparadas para
cada condição de revestimento: 1100°C/24h, 1100°C/48h e 1200°C/24h. Os testes foram
encerrados após o ciclo de número 40. Após os ensaios de oxidação cíclica, foi possível
30
averiguar qual a condição de revestimento que garantiu o melhor desempenho dos cupons
contra oxidação.
Em uma segunda série de experimentos, novos cupons foram revestidos nessa mesma
condição e novamente ensaiados em oxidação cíclica, além de um ensaio de oxidação
isotérmica. Para oxidação cíclica, foram realizados 2 ensaios em diferentes temperaturas, a
1100°C e a 650°C, com ciclos de 60 minutos. Porém, diferentemente dos primeiros ensaios
cíclicos, estes foram conduzidos até a falha dos cupons, ou seja, não foi atribuído um ciclo
limite para interromper o ensaio. O ensaio isotérmico consistiu em deixar uma amostra em
uma termobalança durante 50h a uma temperatura de 1200°C, em atmosfera de ar seco. Com
esses ensaios foi possível estimar, além da eficácia do revestimento, os mecanismos de
oxidação presentes.
31
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Caracterização do substrato Nb83Si10B7 após fusão
A Figura 2 mostra o difratograma de raios X da liga Nb83Si10B7 após sua fusão em forno
a arco obtido a partir da superfície do cupom. Como se esperava, observa-se uma
microestrutura bifásica, composta das fases Nbss e T2.
Figura 2: Difratograma de raios X da liga Nb83Si10B7 no estado bruto de fusão
32
4.2 Caracterização da liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2
A Figura 3 mostra o difratograma de raios X da liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2
obtido a partir do pó passante em peneira de 325 mesh. De acordo com Nunes e Vilasi [8],
este material quaternário é próximo de monofásico e possui estrutura cristalina
correspondente ao protótipo FeSi. Isso sugere que o boro apresenta boa solubilidade na fase
(Fe,Cr)Si, estando de acordo com a seção isotérmica a 1200ºC do sistema ternário Fe-Cr-Si
(Figura 4) que mostra solubilidade completa entre as fases binárias FeSi e CrSi [8]. Esperava-
se dessa forma encontrar basicamente a formação de uma fase (Fe,Cr)Si, mas observou-se
também a formação da fase BCr e de uma outra fase que não foi possível identificar,
indicando um desvio de composição durante a preparação da liga mãe ou a existência de um
limite de solubilidade para o boro na fase (Fe,Cr)Si. Apesar de formado um material
multifásico, a liga mãe foi utilizada devido à quantidade majoritária da fase (Fe,Cr)Si.
Figura 3: Difratograma de raios X da liga de revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2 [8]
33
Figura 4: Seção isotérmica a 1047°C do sistema Fe-Cr-Si
4.3 Massa e tamanho dos cupons após revestimento realizado via HAPC
A tabela 1 apresenta as massas dos cupons e suas dimensões após a realização de
revestimento via HAPC. É importante ressaltar que nos procedimentos 1, 2, 3 e 4,
pertencentes à primeira série de experimentos, foi encapsulado apenas 1 cupom para ser
revestido, enquanto nos procedimentos 5, 6 e 7, da segunda série de experimentos, foram
encapsulados 2 cupons simultaneamente, obtendo assim uma maior capacidade de produção
de cupons revestidos.
34
Tabela 1: Condições dos procedimentos de revestimento
Finalidade Procedimento Cupom Massa
(g)
Comprimento
(mm)
Largura
(mm)
Espessura
(mm)
Procedimento de
Pack
Cementation
Caracterização do depósito
1 #1 0,3442 5,77 5,44 1,63 1200°C / 24h
2 #2 0,8097 5,45 5,76 4,36 1200°C / 24h
3 #3 0,3994 5,43 5,32 2,67 1100°C / 24h
4 #4 0,6041 10,23 5,67 1,65 1100°C / 48h
Teste de oxidação
5 #5 1,2642 12,9 8,75 1,8
1100°C / 24h #6 1,3909 12,87 9 1,85
6 #7 1,2778 13,26 8,81 1,59
1100°C / 48h #8 1,2469 12,57 8,83 1,75
7 #9 1,3306 12,89 8,87 1,72
1200°C / 24h #10 1,0824 12,62 8,91 1,52
4.4 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o processo HAPC
realizado a 1200ºC durante 24h
A Figura 5 mostra uma micrografia do conjunto substrato/revestimento feita através de
microscopia eletrônica de varredura do cupom #1. Observa-se que a camada depositada na
superfície do substrato é espessa e homogênea. A espessura média do depósito foi de
aproximadamente 45 μm.
Observa-se ainda, no canto da amostra, a formação de uma trinca no depósito. Essa
trinca é um fator prejudicial para proteção à oxidação e deve ser evitada. Outras trincas foram
observadas ao longo do revestimento, mas com mais frequência nos cantos da amostra, que
são locais acumuladores de tensões, facilitando sua formação.
A fim de verificar se a formação de trincas foi um problema causado durante o processo
de revestimento ou se é um problema relacionado a outros fatores, foi realizado um novo
procedimento (Procedimento 2, Tabela1), utilizando as mesmas condições do primeiro ensaio,
ou seja, um tratamento térmico de 1200ºC durante 24h (cupom #2). Os resultados obtidos
foram praticamente idênticos ao observado no primeiro ensaio, tendo sido observada
35
novamente a formação de trincas no depósito. Conclui-se, assim, que a presença de trincas
não está relacionada a erros no procedimento de revestimento, e sua causa deve ser
investigada com mais detalhes.
Figura 5: Micrografia realizada em microscópio eletrônico de varredura após HAPC
(1200°C/24h)
De acordo com a Figura 6, foi possível identificar a formação de 4 camadas diferentes
no depósito sobre o substrato, sendo que as três camadas mais próximas do substrato são
bifásicas, enquanto a última é monofásica. Vale ressaltar que a camada mais externa, marcada
pelo ponto 1, é referente ao níquel, portanto, não faz parte do depósito obtido através da
técnica HAPC.
36
Com as medidas de composição via microanálise eletrônica (EDS) foi possível
identificar quais eram os componentes majoritários que formavam o depósito. Os resultados
obtidos estão indicados nas Figuras 6 e 7 e na Tabela 2. Observa-se que nos pontos 2 ao 7,
que correspondem à maior camada encontrada no depósito, há grande predominância dos
elementos Fe, Cr e Si, sendo o cromo o elemento mais abundante. Porém, tanto a
concentração do cromo quanto a do ferro decrescem para o interior do depósito, enquanto a
concentração de Si aumenta.
Ao entrar no campo bifásico do depósito (camada 3), dado pelos pontos de 7 ao 9 da
microanálise eletrônica, observa-se que o componente em maior concentração é o silício,
enquanto a concentração de cromo diminui muito.
Na próxima região bifásica do depósito (camada 2), indicado pelos pontos de 9 ao 11,
observa-se que a concentração do elemento cromo diminui ainda mais, e o depósito é
constituído basicamente de ferro, silício e nióbio.
Na região indicada pelos pontos de 11 ao 13 (camada 1), observa-se que a concentração
do elemento cromo se torna praticamente nula, e que exatamente no ponto 13, a concentração
do elemento ferro se torna insignificante.
Observa-se que o elemento nióbio foi encontrado em todo o depósito e, como se
esperava, a concentração de nióbio aumenta na direção do substrato, indicando que houve
difusão do nióbio presente no substrato para o depósito. Vale ressaltar que os resultados
obtidos foram normalizados, uma vez que o equipamento utilizado não detecta a presença do
elemento boro, presente na liga de revestimento.
Ao longo da camada depositada é possível observar a presença de poros. Essa
porosidade pode ser causada pelo efeito Kirkendall. Os poros se desenvolvem nas camadas de
silicetos quando em elevadas temperaturas. Além do efeito Kirkendall, o excesso de
37
crescimento de contornos de grão também pode levar ao desenvolvimento dessas camadas
porosas [31].
Figura 6: Micrografia referente aos pontos indicados na Tabela 2, obtidos através de
microanálise eletrônica (EDS) após HAPC (1200°C/24h)
Tabela 2: Microanálise eletrônica (EDS) após HAPC (1200°C/24h)
(resultados em porcentagem atômica)
38
Figura 7: Gráfico relacionando a composição do revestimento (% at.) com a profundidade do
depósito após HAPC (1200°C/24h)
4.5 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o processo HAPC
realizado a 1100ºC durante 24h.
A fim de investigar a influência da temperatura do processo de revestimento na
formação do depósito, foi feito um procedimento com as seguintes condições: 1100ºC durante
24h (cupom #3). Como era de se esperar, o revestimento tem uma espessura inferior se
comparada às espessuras dos revestimentos obtidos nos procedimentos a 1200ºC durante 24h.
Como observado na Figura 8, a camada de depósito formada sobre o cupom #3 tem em média
20 μm e mostra-se bem homogênea.
Observa-se ainda que praticamente não ocorreu a formação de trincas no depósito,
indicando que a espessura menor do depósito garante uma melhor qualidade da camada
39
depositada, impedindo assim a formação de trincas. A ausência de trincas se deve à
diminuição do coeficiente de expansão térmica no revestimento durante o resfriamento da
amostra, provavelmente devido ao efeito combinado das espessuras e das fases presentes nas
camadas formadas no depósito.
Figura 8: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após o
processo de revestimento (1100ºC / 24h)
As Figuras 9 e 10 e a Tabela 3 apresentam a micrografia e os resultados da microanálise
eletrônica obtidos após o procedimento de revestimento. Pode-se observar que houve a
formação de 3 camadas distintas de depósito e, diferentemente do observado nos
procedimentos 1 e 2, as camadas formadas são monofásicas.
De acordo com a Figura 9, a camada mais externa, indicada pelos pontos 4 e 5, é
referente a niquelagem. Observa-se que a camada de revestimento mais escura (C3), indicada
pelos pontos de 6 a 9, é constituída pelos elementos Fe, Cr e Si, sendo o Si em maior
proporção. Observa-se grande similaridade dessa camada com a camada C4 do cupom #1 que
também possui os elementos Fe, Cr e Si em maior proporção, podendo, dessa maneira, estar
relacionado às mesmas fases. Do mesmo modo, a camada C2 do cupom #3 é muito similar à
40
camada C2 do cupom #1, onde se observa a presença majoritária dos elementos Si e Fe, com
diminuição do teor do elemento Cr.
Dos pontos 10 a 14, observa-se que a presença de Cr diminui drasticamente e que o Nb
se torna o elemento majoritário, indicando a difusão do Nb do substrato para o depósito.
Figura 9: Micrografia referente aos pontos indicados na Tabela 3, obtidos através de
microanálise eletrônica (EDS) após HAPC (1100ºC / 24h).
41
Tabela 3: Microanálise eletrônica (EDS) após procedimento de revestimento (1100ºC / 24h) -
resultados em porcentagem atômica
Spectrum Si Cr Fe Ni Nb Total
1 0 7.06 9.57 83.37 0 100.00
2 0 3.52 4.30 92.19 0 100.00
3 0 1.76 2.77 95.46 0 100.00
4 9.36 1.58 2.41 86.65 0 100.00
5 0 2.32 3.17 94.51 0 100.00
6 21.34 22.17 23.78 32.71 0 100.00
7 38.34 27.33 30.76 3.57 0 100.00
8 32.30 27.25 29.20 0 11.24 100.00
9 32.27 26.37 27.47 0 13.89 100.00
10 32.27 6.93 25.49 0.54 34.77 100.00
11 32.55 6.40 25.55 0 35.49 100.00
12 27.14 3.42 29.62 0 39.82 100.00
13 27.26 3.03 30.03 0 39.67 100.00
14 26.72 2.75 29.07 0 41.46 100.00
15 0 1.99 4.96 0 93.05 100.00
16 18.07 0 0 0 81.93 100.00
Figura 10: Gráfico relacionando a composição do revestimento (% at.) com a profundidade do
depósito após HAPC (1100ºC / 24h)
42
4.6 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o processo HAPC
realizado a 1100ºC durante 48h
Com o objetivo de se obter uma camada de depósito com espessura de
aproximadamente 45 μm, porém, trabalhando com uma temperatura menor, foi feito um
ensaio a 1100ºC durante um período de 48h (cupom #4). Para evitar um resfriamento brusco
que pudesse gerar trincas, o cupom selado em tubo de quartzo foi resfriado no forno após o
procedimento de Pack Cementation.
A fim de investigar a influência da preparação metalográfica na formação de trincas,
após o procedimento de Pack Cementation o cupom foi cortado ao meio, e cada metade foi
embutida com o lado sem corte para baixo; assim, a primeira metade foi lixada a partir da lixa
de grana 120, enquanto a segunda metade foi lixada a partir da lixa de grana 600, portanto,
um lixamento inicial menos agressivo.
Como se desejava, após o procedimento de Pack Cementation, observou-se uma camada
com aproximadamente 40 μm de espessura, e bem homogênea.
A Figura 11 apresenta a micrografia do cupom lixado a partir da grana de 120 onde se
observa a formação de diversas trincas no depósito. A Figura 12 mostra a micrografia do
cupom lixado a partir da grana de 600. Observa-se que, provavelmente, devido uma
inomogeneidade existente durante o processamento, houve um espessamento mais
pronunciado da camada C1 em um dos cantos do cupom. Essa camada mais espessa se
apresenta trincada longitudinalmente. Essa trinca é pelo menos parcialmente pré-existente ao
processo de preparação metalográfica, uma vez que pode-se observar a presença de níquel em
trincas transversais ao depósito (Ponto 1). É possível que o tempo maior necessário à
preparação metalográfica na lixa de grana 600 tenha contribuído para a propagação desta
trinca longitudinal.
43
Figura 11: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após o processo
de revestimento (1100ºC / 48h) – lixa inicial # 120
Figura 12: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após o processo
de revestimento (1100ºC / 48h) – lixa inicial # 600
44
A microanálise eletrônica ao longo de uma das trincas presentes no depósito desse
cupom (Figuras 13 e 14, Tabela 4) indica que, durante a niquelagem, o níquel penetrou no
interior da trinca. Na figura 13, a microanálise eletrônica indica que os pontos 2 e 3 são
referentes ao níquel depositado durante a niquelagem. A partir do ponto 5, não observa-se a
presença de níquel. Portanto, pode-se concluir que a trinca já existia antes mesmo da
preparação metalográfica. Ou seja, apesar da preparação metalográfica eventualmente
contribuir para o desenvolvimento da trinca, ela não é o fator responsável por gerar as trincas.
Observa-se, através da presença de níquel, uma trinca que provavelmente foi gerada durante a
preparação metalográfica, indicada por 3 na Figura 12, e outra trinca existente antes mesmo
da preparação metalográfica, indicada por 2 na Figura 12.
Figura 13: Micrografia referente aos pontos indicados na Tabela 4, obtidos através de
microanálise eletrônica (EDS) da trinca após procedimento de revestimento (1100ºC / 48h) –
lixa inicial # 600
45
Tabela 4: Microanálise eletrônica (EDS) da trinca após procedimento de revestimento
(1100ºC / 48h) - resultados em porcentagem atômica
Spectrum Si Cr Fe Ni Nb Total
Spectrum 1 0 2.30 3.09 94.61 0 100.00
Spectrum 2 28.05 22.98 26.21 22.76 0 100.00
Spectrum 3 30.44 26.54 29.30 12.03 1.69 100.00
Spectrum 4 34.16 26.64 29.66 3.59 5.95 100.00
Spectrum 5 35.27 6.64 29.05 0 29.04 100.00
Spectrum 6 29.84 3.19 34.19 0 32.78 100.00
Spectrum 7 30.18 2.94 32.90 0 33.97 100.00
Figura 14: Gráfico relacionando composição de níquel (% at.) ao longo de uma das trincas
presentes no revestimento
As Figuras 15 e 16 e a tabela 5 mostram a imagem obtida no MEV usando detector de
elétrons retro-espalhados (BSD) e os resultados de microanálise eletrônica obtidos após o
procedimento de revestimento a 1100ºC durante 48h. Os resultados são semelhantes aos
46
observados no procedimento anterior (1100°C/24h) apresentando camadas monofásicas, onde
na camada mais externa há predominância dos elementos Fe, Cr e Si. Observa-se novamente,
grande similaridade à camada C3 do cupom #3 e à camada C4 do cupom #1.
Tanto a camada C2 quanto a camada C3 do cupom #4 apresentam majoritariamente Fe e
Si, com drástica redução do teor de Cr, muito similar ao observado na camada C2 do cupom
#3 e na camada C2 do cupom #1, podendo estar relacionadas às mesmas fases.
Nas camadas próximas ao substrato observa-se a presença significativa do elemento Nb
e a redução drástica do elemento Cr.
Figura 15: Micrografia referente aos pontos indicados na Tabela 5, obtidos através de
microanálise eletrônica (EDS) após procedimento de revestimento via HAPC (1100ºC / 48h)
47
Tabela 5: Microanálise eletrônica (EDS) após procedimento de revestimento via HAPC
(1100ºC / 48h) - resultados em porcentagem atômica
Spectrum Si Cr Fe Ni Nb Total
1 0 1.04 2.28 96.68 0 100.00 2 7.86 1.35 1.83 88.96 0 100.00
3 1.20 1.03 1.64 96.14 0 100.00
4 0 1.28 2.04 96.68 0 100.00 5 0 2.50 3.43 94.08 0 100.00
6 33.44 30.44 33.85 1.09 1.18 100.00 7 33.75 30.60 34.83 0.82 0 100.00
8 33.21 30.39 33.91 0.59 1.90 100.00
9 34.75 30.17 34.21 0.87 0 100.00 10 33.87 28.14 31.02 0 6.98 100.00
11 35.17 6.74 29.49 0 28.60 100.00
12 34.48 6.17 29.86 0 29.49 100.00 13 30.02 3.30 32.91 0 33.76 100.00
14 30.37 3.18 31.92 0 34.53 100.00
15 10.79 1.90 10.26 0 77.04 100.00 16 23.12 0.78 1.13 0 74.98 100.00
17 0 0 0 0 100.00 100.00
Figura 16: Gráfico relacionando a composição do revestimento (% at.) com a profundidade do
depósito após HAPC (1100ºC / 48h)
4.7 Avaliação da resistência à oxidação cíclica a 1100 °C e ciclos de 60 minutos da liga
Nb83Si10B7 sem e com revestimento
Após a realização de 40 ciclos no ensaio de oxidação cíclica, foi possível observar que a
liga de Nb83Si10B7 sem revestimento tem baixa resistência à oxidação. Após o primeiro ciclo,
48
o cupom já apresentou oxidação catastrófica de coloração branca/amarela em sua superfície,
possivelmente óxido Nb2O5 [8]. Após o segundo ciclo o cupom se rompeu, gerando assim
grande perda de massa. O teste foi encerrado após 7 ciclos, pois a massa do cupom já era
insignificante se comparada à massa inicial.
Para os cupons da liga Nb83Si10B7 revestidos o resultado foi satisfatório. Os cupons #5,
#7, #8, #9 e #10, permaneceram em perfeitas condições após os 40 ciclos. O cupom #6
apresentou um início de oxidação catastrófica a partir do ciclo 25, observado visualmente na
forma de uma protuberância na superfície do cupom revestido durante as etapas de pesagem
entre os ciclos.
A Figura 17 mostra a imagem dos cupons após o ciclo 21, lembrando que o aspecto dos
cupons #5, #7, #8, #9 e #10 permaneceu da mesma forma até o ciclo 40. Observa-se que as
colorações dos cupons são distintas, indicando que a oxidação foi diferente para cada
procedimento de HAPC.
A Tabela 6 mostra os dados obtidos durante o ensaio de oxidação cíclica. As Figuras 18,
19 e 20 são referentes às variações de massa por unidade de área com o número de ciclos dos
cupons para cada procedimento de HAPC. De uma forma geral, ocorreram variações de massa
por unidade de superfície lineares com o tempo (número de ciclos).
Figura 17: Aspecto dos cupons após o ciclo 21 do ensaio de oxidação cíclica
49
Tabela 6: Massa dos cupons durante o ensaio de oxidação cíclica
Massa dos cupons Nb83Si10B7 com revestimento (g)
Ciclo Massa do cupom Nb83Si10B7
sem revestimento (g)
Cupom
#5
Cupom
#6
Cupom
#7
Cupom
#8
Cupom
#9
Cupom
#10
1 0,7683 1,2810 1,4066 1,2939 1,2600 1,3710 1,1195
2 0,5423* 1,2813 1,4057 1,2940 1,2600 1,3710 1,1196
3 0,1668* 1,2816 1,4062 1,2940 1,2600 1,3712 1,1196
4 0,1282* 1,2815 1,4065 1,2940 1,2598 1,3715 1,1197
5 0,0719* 1,2814 1,4068 1,2942 1,2597 1,3719 1,1202
6 0,0717 1,2825 1,4066 1,2942 1,2598 1,3720 1,1200
7 0,075# 1,2824 1,4065 1,2945 1,2602 1,3727 1,1203
8 1,2832 1,4068 1,2943 1,2601 1,3722 1,1200
9 1,2830 1,4061 1,2948 1,2600 1,3726 1,1207
10 1,2829 1,4068 1,2947 1,2604 1,3726 1,1206
11 1,2828 1,4064 1,2945 1,2605 1,3724 1,1205
12 1,2827 1,4065 1,2946 1,2604 1,3727 1,1204
13 1,2830 1,4068 1,2948 1,2604 1,3729 1,1207
14 1,2831 1,4071 1,2950 1,2607 1,3729 1,1207
15 1,2831 1,4069 1,2947 1,2606 1,3728 1,1206
16 1,2835 1,4068 1,2948 1,2608 1,3729 1,1207
17 1,2831 1,4069 1,2949 1,2606 1,3732 1,1212
18 1,2833 1,4066 1,2949 1,2608 1,3732 1,1213
19 1,2840 1,4071 1,2953 1,2605 1,3731 1,1210
20 1,2839 1,4071 1,2955 1,2610 1,3737 1,1216
21 1,2837 1,4071 1,2952 1,2607 1,3735 1,1216
22 1,2839 1,4070 1,2953 1,2609 1,3737 1,1215
23 1,2837 1,4072 1,2953 1,2610 1,3737 1,1216
24 1,2842 1,4074 1,2954 1,2610 1,3738 1,1214
25 1,2843 1,4074 1,2955 1,2612 1,3737 1,1216
26 1,2839 1,4071 1,2954 1,2610 1,3739 1,1218
27 1,2841 1,4073 1,2953 1,2611 1,3742 1,1219
28 1,2845 1,4077 1,2954 1,2615 1,3745 1,1217
29 1,2840 1,4077 1,2953 1,2611 1,3740 1,1219
30 1,2842 1,4075 1,2955 1,2611 1,3743 1,1219
31 1,2843 1,4079 1,2955 1,2611 1,3743 1,1220
32 1,2842 1,4080 1,2954 1,2611 1,3744 1,1221
33 1,2845 1,4082 1,2954 1,2610 1,3743 1,1222
34 1,2846 1,4083 1,2956 1,2611 1,3743 1,1222
35 1,2847 1,4085 1,2956 1,2615 1,3744 1,1223
36 1,2848 1,4083 1,2954 1,2611 1,3743 1,1221
37 1,2851 1,4086 1,2953 1,2611 1,3747 1,1223
38 1,2853 1,4090 1,2953 1,2612 1,3748 1,1224
39 1,2853 1,4095 1,2956 1,2611 1,3748 1,1226
40 1,2855 1,4108 1,2955 1,2611 1,3749 1,1225
* queda de material oxidado antes da pesagem
# ensaios encerrados devido grande oxidação
50
Figura 18: Resultado do ensaio de oxidação cíclica para os cupons revestidos pelo processo de
HAPC a 1100°C / 24h
Figura 19: Resultado do ensaio de oxidação cíclica para os cupons revestidos pelo processo de
HAPC a 1100°C / 48h
51
Figura 20: Resultado do ensaio de oxidação cíclica para os cupons revestidos pelo processo de
HAPC a 1200°C / 24h
Observando-se a Figura 18, nota-se que os cupons revestidos pelo processo de HAPC a
1100°C / 24h tiveram comportamentos diferentes durante o ensaio de oxidação, indicando que
após o processo de revestimento, as características dos depósitos tornam diferentes em ambos
os cupons. Observa-se ainda que o cupom #6 teve um desempenho superior em relação ao
cupom #5 até o ciclo de número 30, quando sua variação de massa por unidade de área mudou
drasticamente. Observa-se que essa variação significativa de massa é devido ao inicio da
oxidação catastrófica na superfície do cupom. Em função de o ensaio ter sido realizado em
somente dois cupons e seus comportamentos em oxidação cíclica terem sido bem diferentes,
não é possível afirmar qual deles seria representativo do resultado da resistência à oxidação
cíclica do revestimento depositado a 1100ºC/24h.
Para a condição de revestimento pelo processo de HAPC a 1100°C / 48h (Figura 19),
observa-se um comportamento semelhante para ambos os cupons, indicando que o
procedimento de revestimento foi satisfatório. Nota-se que a variação de massa por unidade
52
de área foi pequena se comparada aos outros procedimentos de revestimento, e que a partir do
ciclo de número 25 as massas dos cupons praticamente não variaram mais, sugerindo a
interrupção do processo de oxidação. Neste caso, o revestimento estaria cumprindo
plenamente sua função, pelo menos para este número de ciclos.
A Figura 20, referente à condição de revestimento pelo processo de HAPC a 1200°C /
24h, indica que o procedimento de revestimento também foi satisfatório. Porém, observa-se
uma variação de massa por unidade de área elevada em relação àquela dos cupons #7 e #8.
Vale ressaltar que todos os procedimentos de revestimento aumentaram a resistência à
oxidação cíclica da liga Nb83Si10B7. Em todos os procedimentos não ocorreram queda de
material oxidado antes da pesagem e após os 40 ciclos o ensaio poderia ser prosseguido.
Porém, pode-se dizer que o procedimento de revestimento que melhor garantiu proteção à
oxidação cíclica foi o procedimento de HAPC a 1100°C / 48h.
4.8 Caracterização do conjunto substrato/revestimento após o ensaio de oxidação
cíclica
A Figura 21 mostra uma micrografia obtida via microscopia eletrônica de varredura
(MEV) do cupom #6 após ensaio de oxidação cíclica. Observa-se que o revestimento não foi
eficaz em proteger o substrato contra oxidação. Através da região 3, é possível verificar uma
oxidação catastrófica que se iniciou na camada protetora e progrediu até atingir e oxidar o
substrato. As regiões 1 e 2 correspondem à camada protetora que foi totalmente arrancada do
substrato devido aos efeitos da oxidação. A Figura 22 mostra uma micrografia de uma outra
região do cupom #6 em que o revestimento foi capaz de proteger o substrato da oxidação. A
região 1 corresponde a uma camada do substrato que permaneceu em perfeitas condições após
os 40 ciclos, porém observa-se que existia uma camada de revestimento (região 2) que
encontra-se totalmente oxidada após os 40 ciclos. Pode-se dizer que a composição da camada
53
representada por 1 é a que garante uma melhor proteção à oxidação. A região 3 indica uma
trinca, cuja ocorrência pode ser observada ao longo de todo o revestimento. Trincas como
essas são normalmente causadas por fadiga térmica, um efeito que está relacionado às
condições em que os cupons são submetidos durante os ensaios de oxidação cíclica. Essas
trincas são prejudiciais, pois através delas a oxidação progride, podendo chegar rapidamente
até o substrato. Uma vez atingido o substrato, a oxidação continua de forma catastrófica,
evoluindo para a situação observada na Figura 21.
Figura 21: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após ensaio de
oxidação cíclica do cupom #6
54
Figura 22: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após ensaio de
oxidação cíclica do cupom #6
A Figura 23 apresenta uma micrografia obtida via microscopia eletrônica de varredura
(MEV) do cupom #7 após ensaio de oxidação cíclica. Como observado no cupom #6,
verifica-se a presença de muitas trincas de fadiga térmica no depósito, porem observa-se que a
oxidação atingiu apenas as camadas externas do depósito (região 1) enquanto as camadas
mais próximas do depósito (região 2) não foram oxidadas, garantindo assim uma maior
proteção à oxidação para o substrato. Com a análise da Figura 24 fica evidente que a camada
de óxido (região 1) progride pelas trincas (região 5) até atingir o substrato. Para essa condição
de revestimento, foi observada a formação de novas microestruturas bifásicas após o ensaio
de oxidação cíclica (regiões 2 e 3), enquanto a camada representada pela região 4 continuou
com a mesma morfologia mesmo após o ensaio de oxidação cíclica.
55
Figura 23: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após ensaio de
oxidação cíclica do cupom #7
Figura 24: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após ensaio de
oxidação cíclica do cupom #7
56
A Figura 25 mostra uma micrografia obtida via microscopia eletrônica de varredura
(MEV) do cupom #10 após ensaio de oxidação cíclica. Novamente, observa-se uma grande
quantidade de trincas de fadiga térmica. Porém, diferentemente do observado nas outras
condições de HAPC, observa-se também a presença de trincas que se desenvolveram
paralelamente às camadas de depósito, como mostrado na Figura 26, que podem gerar o
descolamento da camada de revestimento. Como já foi observado, as trincas novamente
atuaram como um caminho para a evolução do processo de oxidação.
Figura 25: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após ensaio de
oxidação cíclica do cupom #10.
57
Figura 26: Micrografia feita através de microscópio eletrônico de varredura após ensaio de
oxidação cíclica do cupom #10.
Após os 40 ciclos realizados ficou evidente que a melhor condição de revestimento foi
aquela realizada a 1100°C durante 48h. Assim, novos cupons foram revestidos nessa condição
e novamente ensaiados ciclicamente e ensaiados isotermicamente.
4.9 Avaliação da resistência à oxidação cíclica a 1100 °C e 650 °C até a falha dos
cupons da liga Nb83Si10B7 com revestimento realizado a 1100°C durante 48h.
As massas e dimensões dos cupons revestidos a 1100°C durante 48h são apresentadas
na tabela 7. A tabela 8 mostra o ganho de massa das amostras #12 e #13 durante o ensaio de
oxidação cíclica realizado a 1100°C, enquanto a tabela 9 é referente ao ganho de massa da
amostra #15 durante o ensaio de oxidação cíclica realizado a 650°C.
As Figuras 27 e 28 representam a variação de massa por unidade de área dos cupons em
função do tempo, para os ensaios cíclicos realizados a 1100°C e 650°C respectivamente.
58
Tabela 7: massas e dimensões dos cupons após revestimento via HAPC a 1100°C durante 48h
Cupom Massa
(g)
Comprimento
(mm)
Largura (mm) Espessura
(mm)
Ganho de
massa (%)
#11 0,8546 8,56 6,94 2,26 2,3476
#12 0,7772 8,48 6,87 2,14 2,4358
#13 0,7817 8,41 6,98 2,12 2,3028
#14 0,6436 7,93 6,99 1,93 2,2724
#15 1,1074 12,18 7,91 1,87 2,3284
#16 0,8280 12,13 7,88 1,41 2,9448
#17 0,4042 7,72 5,72 1,59 3,0071
#18 0,4048 7,91 5,72 1,55 3,0288
Tabela 8: Massa dos cupons durante o ensaio de oxidação cíclica a 1100°C
Número de ciclos Massa do cupom #12 (g) Massa do cupom #13 (g)
0 0,7772 0,7817 7 0,7777 0,7821
24 0,778 0,7824 30 0,7783 0,7827
48 0,779 0,7828 54 0,7788 0,7831
72 0,779 0,7835
77 0,779 0,7834 95 0,7797 0,7841
102 0,7792 0,7838 167 0,7798 0,784
174 0,7795 0,7839
192 0,7795 0,7839 197 0,7797 0,7839
215 0,7797 0,784 222 0,7797 0,784
239 0,7797 0,784 246 0,7797 0,784
264 0,7799 0,7841
268 0,7798 0,7842 335 0,7798 0,784
342 0,7797 0,7839 359 0,7799 0,7842
366 0,7798 0,7841
383 0,7801 0,7842 389 0,78 0,784
405 0,78 0,7841* 432 0,7802 -
494 0,7812 - 514 0,7821* -
* Ensaio encerrado devido oxidação catastrófica da amostra
59
Tabela 9: Massa dos cupons durante o ensaio de oxidação cíclica a 650°C
Número de ciclos Massa do cupom #15 (g)
0 1,1074
7 1,1075
23 1,1075
27 1,1074
38 1,1075
44 1,1074
65 1,1074
118 1,1074
124 1,1074
139 1,1076
144 1,1074
Figura 27: Variação de massa por unidade de área dos cupons #12 e #13 durante o
ensaio de oxidação cíclica a 1100°C
60
Figura 28: Variação da massa por unidade de área do cupom #15 durante o ensaio de
oxidação cíclica a 650°C
A análise da Figura 27 nos mostra um resultado semelhante para os cupons #12 e #13.
Observa-se que os cupons apresentaram um rápido ganho de massa até 100h de ensaio, devido
a oxidação da camada protetora. Após observa-se que a massa praticamente se manteve
constante até 389 horas de ensaio, indicando que a camada protetora estava protegendo o
material contra a progressão da oxidação. Observa-se também um rápido ganho de massa
levando à oxidação catastrófica do cupom #12 após cerca de 450 horas de ensaio. É
importante destacar que os cupons #12 e #13 se comportaram de maneira um pouco distinta.
A Figura 29 é uma imagem do cupom #13 oxidado após 389 horas de ensaio. É possível
observar claramente a formação de oxidação abrupta na superfície do cupom.
61
Figura 29: Imagem do cupom #13 revestido após 389 horas de ensaio de oxidação
cíclica
Geralmente, é comum se observar um ganho de massa inicial, ou seja, a camada de
depósito oxida e aumenta sua espessura, aumentando assim sua massa. Quando essa camada
de depósito oxidada passa a impedir a penetração do oxigênio para o interior da amostra, essa
variação na massa tende a estabilizar e se manter constante, como observado durante o
período de ensaio entre 150 e 400h. Nesse momento tem-se máxima proteção contra
oxidação. Essa camada passa a ter então um aumento excessivo de espessura, provavelmente
devido à propagação das trincas até o substrato durante a ciclagem. Finalmente, suas camadas
se tornam pouco aderentes umas às outras, gerando perda de massa e expondo ainda mais o
substrato ao ar.
Assume-se como resultado real e seguro do ensaio que, para temperaturas até 1100°C o
revestimento é eficaz até 389 ciclos, ou seja, 389 horas de uso.
Para o ensaio realizado a 650°C, a massa do cupom se manteve constante até o término
do ensaio e, diferente do ensaio realizado a 1100°C, não foi observado um ganho inicial de
massa, indicando que a camada oxidada de depósito era mínima, porém muito eficiente em
62
garantir proteção à oxidação. Ou seja, a camada de óxidos impediu a penetração do oxigênio
rapidamente, e garantiu uma excelente proteção à oxidação para essa faixa de temperatura.
Pode-se dizer assim que o revestimento garante uma excelente resistência à oxidação para
temperaturas intermediárias.
4.10 Avaliação da resistência à oxidação isotérmica a 1200 °C durante 50h da liga
Nb83Si10B7 com revestimento depositado a 1100°C durante 48h.
Os resultados do ensaio isotérmico estão apresentados na Figura 30 e Figura 31. Pode-
se observar que o cupom revestido teve um ganho de massa acentuado durante as 15 primeiras
horas de ensaio, representado pela região1 da Figura 31. A região 1 indica uma velocidade de
oxidação muito elevada, uma vez que a liga de revestimento estava diretamente em contato
com o oxigênio.
A região 2 da Figura 31 indica que a velocidade de oxidação diminui, uma vez que o
contato do revestimento com o oxigênio já é reduzido, devido à formação de uma camada
protetora de óxidos.
Na região 3 ocorre o espessamento da camada de óxidos. Durante essa etapa, a
velocidade de oxidação diminui ainda mais, uma vez que a oxidação da parte metálica do
revestimento é reduzido. Após cerca de 33h de ensaio, observa-se que a variação de massa do
cupom começa a decrescer. Nesse momento possivelmente a camada de óxidos já não era tão
aderente ao cupom, talvez pela grande espessura, e começou a se desprender, perdendo massa.
Possivelmente ocorreu o processo de desintegração da liga em pequenas partículas, como
citado anteriormente, muito comum no sistema Nb-Si. Vale ressaltar que a característica da
curva indica que a camada de óxidos não chegou a se romper, ou seja, em momento algum o
substrato ficou exposto. Se isso tivesse acontecido, teríamos novamente a presença de
63
material sendo oxidado, portanto estaria indicado no gráfico um ganho de massa, ou seja, uma
nova linha ascendente.
Fica claro o processo de desenvolvimento da camada de óxidos. Ela tende a se formar e
depois crescer, até um tamanho limite. A partir desse tamanho limite a camada tende a se
desprender. Se o ensaio fosse continuado por um tempo maior, possivelmente observaríamos
um decréscimo de massa até a camada de óxidos praticamente não existir e atingir o substrato.
A partir desse ponto provavelmente seria formada uma nova camada oxidada e esse processo
se repetiria até ocorrer oxidação catastrófica do cupom.
Figura30: Ensaio de oxidação isotérmica, 1200ºC durante 50h
64
Figura31: Taxa de oxidação do cupom durante o ensaio de oxidação isotérmica, 1200ºC
durante 50h
65
5 CONCLUSÃO
Neste trabalho foram investigados parâmetros do processo de revestimento da liga
Nb83Si10B7 (%at.) por codeposição de Fe-Cr-Si-B, assim como o comportamento dos cupons
revestidos em ensaios de oxidação cíclica e isotérmica.
Observa-se que as características das camadas depositadas estão intimamente
relacionadas com as condições do procedimento de revestimento. Os procedimentos
realizados a 1200ºC geraram camadas de depósito bifásicas e monofásicas. Foi observada a
presença do elemento nióbio em todas as camadas de depósito formadas. Os procedimentos
realizados a 1100ºC geraram apenas camadas de depósito monofásicas. A presença do
elemento nióbio não foi observada em todas as camadas de depósito. Sabe-se que este
elemento oxida facilmente, e sua presença nas camadas de depósito pode ser um fator
prejudicial.
A existência de trincas observadas nas camadas de revestimento está intimamente
relacionada à resistência à oxidação dos cupons revestidos, pois as trincas constituem
caminhos através dos quais o processo de oxidação pode evoluir rapidamente. Quando elas
atingem a região do substrato, o processo de oxidação ocorre de forma catastrófica, levando a
uma rápida degradação do substrato. Apesar de o processo de revestimento levar à formação
de trincas, a maior parte delas tem origem no processo de ciclagem térmica.
Através da análise dos resultados do ensaio cíclico, conclui-se que a melhor proteção à
oxidação foi conferida aos cupons que foram revestidos pelo processo de HAPC a
1100ºC/48h. Como citado anteriormente, nessas condições não são verificados a presença do
elemento nióbio na camada de depósito, garantindo assim uma melhor proteção à oxidação
para os cupons. Além disso, 48h de tratamento térmico garantem a formação de uma camada
de depósito espessa, que reduz os efeitos da oxidação. Apesar do procedimento de HAPC a
1100°C/24h gerar um depósito com alta qualidade e bem homogêneo, observa-se que a fina
66
camada não é suficiente para garantir uma boa proteção à oxidação por um longo período de
tempo.
O revestimento Fe30Cr20Si38,8B11,2 (%at.) se mostrou muito eficaz e garantiu grande
proteção contra oxidação, tanto para oxidação isotérmica quanto para oxidação cíclica. O
revestimento garante excelente proteção a oxidação para temperaturas de ensaio de até 650°C.
Para temperaturas de ensaio até 1100°C o revestimento é eficaz até 389 horas.
67
REFERÊNCIAS
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