Estudo da erosão por cavitação sobre diferentes morfologias de revestimentos de FeMnCrSiB aplicados por aspersão térmica chama FS e HVOF com tratamento de shot peening

Abstract

Resumo: Revestimentos obtidos por aspersão térmica apresentam diferentes características morfológicas de acordo com o processo utilizado. Bem como, diferentes morfologias de revestimento mudam algumas propriedades mecânicas, que por consequência podem alterar o desempenho, por exemplo, de resistência à cavitação, para a mesma liga. Neste sentido, para esta pesquisa foram utilizados os processos de aspersão térmica a chama-pó (FS-pó) e HVOF, que produzem revestimentos com diferentes morfologias, a partir da mesma matéria-prima. O objetivo principal foi avaliar o comportamento desses revestimentos, com duas morfologias distintas, obtidos a partir da mesma liga, no desempenho de resistência a erosão por cavitação acelerada, considerando duas condições iniciais de superfície, polida e tratada por shot peening. Para este propósito foi utilizado uma liga austenitica do tipo FeCrMnSiB, sendo o tratamento de shot peening feito com esferas de aço. Tanto a liga como os revestimentos foram caracterizados por MEV, EDS e DRX. O teste de cavitação acelerada foi realizado pelo método indireto, conforme a norma ASTM G-32. Para caracterizar o início da erosão os revestimentos foram analisados a cada minuto de cavitação, até somar 5 minutos, após esse período foram analisados em 10, 20 e 30 minutos, daí então as análises foram realizadas a cada 30 minutos. A caracterização consistiu em: medição de perda de massa; análise do perfil de rugosidade, por microscopia confocal; morfologia da erosão, por MEV; e, transformações de fase, por DRX. Os revestimentos estudados apresentam valores similares de porosidade e teor de óxidos, sendo estes valores significativamente baixos, obtidos por otimização de parâmetros de processos de deposição. A taxa de erosão foi menor para os revestimentos tratados por shot peening, sendo que para o HVOF foi mais baixa do que para Chama-pó (0,10 e 0,67 mg/min, respectivamente). A microscopia confocal mostrou que a rugosidade tende a se igualar ao longo do tempo de ensaio, independente do revestimento ser polido ou tratado por shot peening. O MEV permitiu identificar os mecanismos de erosão para ambos os revestimentos. As analises por DRX mostraram que ocorrem transformações de fase, mas não influenciam significativamente o desempenho dos revestimentos. De uma forma geral, o estudo mostra que há diferença nos mecanismos de erosão para diferentes morfologias de revestimentos obtidos por aspersão térmica.

Abstract: Thermal spraying coatings have different morphological characteristics according to the process used. As well, different coating morphologies change some mechanical properties, which may consequently alter the performance, e.g., of cavitation resistance, for the same alloy. Therefore this reasearch used two thermal spray processes, Powder FlameSpray (Powder-FS) and Hhigh Velocity Oxi-Fuel (HVOF), that produce coatings with different morphologies, from the same feedstock. The main goal it is evaluate the behavior of this coatings on accelerated cavitation test, with two different morphologies applied with the same alloy, considering two initial surfaces conditions, as polished and treated with shot peening. For this purpose, an austenitic alloy of the FeCrMnSiB type was used, the shotpeening treatment being made with steel spheres. Both the alloy and the coatings were characterized by SEM, EDS and XRD. The accelerated cavitation test was performed using the indirect method according to ASTM G32. To characterize the beginning of erosion the coatings were analyzed every 1 minute of cavitation at the first 5 minutes, after that period were analyzed in 10, 20 and 30 minutes, then the analyzes were every 30 minutes. The characterization consisted of: mass loss measurement; analysis of the roughness profile by confocal microscopy; analysis of the morphology of erosion area by SEM; and, Phase transformations, by XRD. The coatings studied presented similar values of porosity and oxide content, being these values significantly low, obtained by optimization of deposition process parameters. The erosion rate was lower for the coatings treated by shot peening, and for HVOF it was lower than for Powder-FS (0.10 and 0.67 mg/min, respectively). Confocal microscopy showed that the roughness tends to equalize over the test time regardless of the coatings initially being polished or shot peening treated. SEM analysis allowed identified the erosion mechanisms for both coatings. XRD analysis showed that phase transformations occur but do not significantly influence the performance of the coatings. In general, the study shows that there is difference in erosion mechanisms for different morphologies of coatings obtained by thermal spraying.