Um estudo comparativo sobre características do compósito (Cr3C2

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10778 (2023) Citar este artigo

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Um típico aço resistente ao calor ferrita/martensítico (T91) é amplamente utilizado em reaquecedores, superaquecedores e usinas de energia. Os revestimentos compostos à base de Cr3C2-NiCr são conhecidos por revestimentos resistentes ao desgaste em aplicações de temperatura elevada. O presente trabalho compara os estudos microestruturais de revestimentos compósitos à base de 75% em peso de Cr3C2 e 25% em peso de NiCr desenvolvidos através de energia de laser e microondas em um substrato de aço T91. Os revestimentos desenvolvidos de ambos os processos foram caracterizados através de um microscópio eletrônico de varredura por emissão de campo (FE-SEM) acoplado a espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS), difração de raios X (XRD) e avaliação da microdureza Vickers. Os revestimentos à base de Cr3C2-NiCr de ambos os processos revelaram melhor ligação metalúrgica com o substrato escolhido. A microestrutura do revestimento a laser desenvolvido mostra uma estrutura solidificada densa e distinta, com uma fase rica em Ni ocupando espaços interdendríticos. No caso do revestimento por micro-ondas, as partículas duras de carboneto de cromo dispersam-se consistentemente dentro da matriz de níquel macio. O estudo EDS evidenciou que os limites das células são revestidos com cromo, onde Fe e Ni foram encontrados dentro das células. A análise de fase de raios X de ambos os processos evidenciou a presença comum de fases como carbonetos de cromo (Cr7C3, Cr3C2, Cr23C6), Ferro Níquel (FeNi3) e cromo-níquel (Cr3Ni2, CrNi), apesar dessas fases carbonetos de ferro (Fe7C3) são observados nos revestimentos de microondas desenvolvidos. As distribuições homogêneas de tais carbonetos na estrutura do clade desenvolvida em ambos os processos indicaram maior dureza. A microdureza típica do revestimento a laser (1142 ± 65HV) foi cerca de 22% maior que a do revestimento por microondas (940 ± 42 HV). Usando um teste de bola na placa, o estudo analisou o comportamento de desgaste de amostras revestidas com microondas e laser. Amostras de revestimento a laser mostraram resistência ao desgaste superior devido aos elementos de metal duro duro. Ao mesmo tempo, as amostras revestidas com micro-ondas sofreram mais danos superficiais e perda de material devido a microcortes, afrouxamentos e fraturas induzidas por fadiga.

As técnicas de modificação de superfície são críticas para melhorar o desempenho e a durabilidade de componentes de engenharia sujeitos a desgaste e corrosão severos. Devido à sua alta resistência ao desgaste e à corrosão, o revestimento composto, notadamente o sistema Cr3C2-NiCr, tem recebido muita atenção. No entanto, a fonte de energia utilizada no processo de revestimento tem um impacto significativo nas propriedades finais e no desempenho geral dos revestimentos1. Materiais compósitos cerâmicos/metálicos, como cermets, são reconhecidos há muito tempo como uma solução proeminente para melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão de componentes mecânicos em aplicações industriais. No entanto, abordagens convencionais como a metalurgia do lingote ou do pó apresentam desafios significativos na produção de compósitos de cermet. Alternativamente, tecnologias de engenharia de superfície, como pulverização térmica, revestimento a laser e revestimento por micro-ondas, oferecem abordagens práticas para o desenvolvimento de revestimentos funcionais em componentes industriais, protegendo efetivamente as superfícies alvo contra desgaste e problemas relacionados à corrosão2,3. Entre essas técnicas, a pulverização com combustível de oxigênio de alta velocidade (HVOF) é uma escolha comercialmente viável para a criação de vários revestimentos de cermet. Os revestimentos desenvolvidos através do processo HVOF apresentam força de ligação substancial com porosidade mínima. No entanto, eliminar os poros do revestimento durante o revestimento HVOF é um desafio, levando a uma menor resistência de ligação do que a ligação metalúrgica4. Estas desvantagens limitam significativamente as aplicações industriais do processo HVOF, uma vez que a presença de poros dentro dos revestimentos pode servir como caminhos de difusão acelerada para ambientes corrosivos, representando uma ameaça crítica à vida útil do componente5,6.

O processo de cladding a laser apresenta uma técnica alternativa para aplicações de revestimento, oferecendo controle preciso sobre diluição e ligação metalúrgica, o que facilita o desenvolvimento de microestruturas refinadas. Esta técnica apresenta várias vantagens, incluindo baixa porosidade com uma estrutura totalmente densa, danos mínimos ao substrato alvo na interface e ligação metalúrgica robusta. O processo de revestimento a laser ganhou recentemente atenção significativa em revestimentos resistentes ao desgaste em altas temperaturas, tornando-se um tópico proeminente na modificação de superfícies de materiais. Por exemplo, Jayaprakash et al.7 examinam as características dos pós WC-12%Co e Cr3C2-25%NiCr ligados a laser sobre ferro fundido nodular e seus resultados na microestrutura, microdureza e propriedades de resistência ao desgaste. A contribuição deste artigo é fornecer insights sobre a microestrutura e a evolução tribológica durante a liga a laser de pós WC-12%Co e Cr3C2-25%NiCr em superfícies de ferro nodulares, o que pode ser benéfico para o desenvolvimento de revestimentos resistentes ao desgaste para aplicações industriais. Outro estudo relatou que o revestimento a laser do revestimento compósito NiCr/Cr3C2-30%WS2 pode efetivamente minimizar as características de atrito e desgaste em temperaturas de até 3.000 °C8. A refusão a laser de revestimentos pulverizados termicamente também tem sido extensivamente estudada para vários sistemas de materiais, como ligas autofluidas à base de Ni, WC-Co ou cermets Cr3C2-NiCr, usando irradiação a laser in situ. Observou-se que a profundidade de fusão aumenta com maior densidade de energia do laser de entrada .