Desenvolvimento de revestimentos cromatizados e aluminizados por pack cementation

Abstract

Resumo: Componentes que operam em temperaturas elevadas devem ser protegidos contra a oxidação e corrosão. A proteção desses componentes utilizando camada dupla de óxidos pode ser obtida por técnicas de pack cementation. Neste procedimento um dos grandes desafios está no controle da interação entre o substrato e a camada junto da interface e também na interação entre esta e a camada mais externa. A eficiência de cada camada depositada depende das características dos filmes de óxido formados, que por sua vez são consequências dos procedimentos utilizados na sua fabricação. Esta pesquisa focou na caracterização dos filmes de óxido de Cr e de Al, em função da sequência de processamento utilizada. Utilizando um substrato a base de Ni, foram produzidas superfícies por pack cementation com os seguintes procedimentos: EU - deposição em etapa única (deposição simultânea de Cr e Al), AC - aluminização seguida de cromatização e CA - cromatização seguida de aluminização. Em seguida essas superfícies foram expostas à temperatura de 1100ºC, por 1, 5, 10 e 20 horas. Resultados indicam que as condições de processamento têm impacto direto nas características da superfície produzidas, provocando variações de espessura, dureza e perfil químico. Foi evidenciado que a exposição à temperatura provocou alterações nessas características, associadas a difusão dos elementos na camada de óxidos, com compostos comuns a todas as superfícies, com a camada de alumínio se concentrando junto da interface com a liga de Ni e a camada de Cr na superfície externa, independente da sequência de processamento e do tempo de exposição. Nota-se uma grande interação entre os elementos do substrato e da superfície. O estudo alerta para a necessidade de otimização da eficiência das superfícies processadas, que está diretamente relacionada com os procedimentos de processamento de pack cementation.

Abstract: Components working at high temperatures must be protected against oxidation and corrosion. The protection of these components with a double oxide layer can be obtained by pack cementation techniques. In this procedure, one of the great challenges is the interaction control between the substrate and the layer near the interface, and also between this one and the outmost external layer. The efficiency of each deposited layer depends on the characteristics of the formed oxide films, which are consequences of the procedures used on its fabrication. This research kept its focus on the characterization of the Cr and Al oxide films, as a function of the used procedure sequence. Using a Ni based substrate, surfaces were produced by pack cementation, with the following procedures: EU - single step deposition (simultaneous deposition of Cr and Al), AC - aluminizing followed by chromizing and CA - chromizing followed by aluminizing. Subsequently, these surfaces were exposed to a temperature of 1100ºC, for 1, 5, 10 and 20 hours. Results indicate that the processing conditions have a direct impact on the produced surfaces characteristics, causing variations of thickness, hardness and chemical profile. It was observed that the temperature exposure caused variations on these characteristics, associated the diffusion of elements within the oxide layer, such as the development of compounds common to the processed surfaces, with the aluminum scale concentrating near the interface with the Ni alloy and the Cr scale at the external surface, regardless of the processing sequence and the exposure time. It's noticed a significant interaction between the substrate elements and the surface. The study points out the need of optimization of processed surfaces efficiency, which is directly related to the processing procedures of pack cementation.