Influência do Pd na difusão dos elementos de liga e no desempenho à oxidação de revestimento aluminizado sobre substrato à base de Ni

Abstract

Resumo: A Pt conduz à melhoria do desempenho à oxidação de revestimentos aluminizados, formados em superliga à base de Ni. Grupos de pesquisa tem avaliado a substituição da Pt por elementos do platinum group metals (PGM), buscando formar revestimentos aluminizados com propriedades similares aquelas dos modificados com Pt e menor custo. Este trabalho de pesquisa avalia o impacto do Pd nos mecanismos de formação e desempenho à oxidação de revestimentos aluminizados. Camadas de Pd com diferentes espessuras foram eletrodepositadas na superfície de uma superliga de Ni NI-183, seguida de aluminização em caixa (pack aluminization) em alta atividade de Al. As características das estruturas aluminizadas modificadas com Pd e sem modificação foram investigadas e comparadas aos revestimentos modificados com Pt. Os resultados mostram que o Pd reduz a força motriz de difusão do Al para formação do revestimento, aumenta a difusão externa de Ni do substrato para o revestimento e reduz a difusão de elementos de liga (Cr e Ti) para a camada de intermetálicos. Em contraste, a Pt aumenta a força motriz para difusão do Al e a mobilidade do Al na matriz intermetálica do revestimento aluminizado. Essas características têm impacto direto nos filmes óxidos formados na superfície dos revestimentos. Para investigar a influência do Pd no filme óxido, os revestimentos aluminizados (sem modificação e modificados com Pd) foram expostos à oxidação isotérmica a 1000 °C por 200 h. A modificação do revestimento com Pd reduziu o desempenho à oxidação do revestimento e a aderência do filme óxido. O reduzido desempenho à oxidação é associado à reduzida taxa de transformação ? ? ?-Al2O3 durante a oxidação isotérmica. Esse comportamento é consequência do impacto do Pd na redução da difusão de Cr para a camada externa do revestimento, reduzindo a formação de Cr2O3 que atua como nucleador da ?-Al2O3. O Pd também reduz a difusão de Co, Ti e elementos refratários para a camada externa dos revestimentos aluminizados. Novamente um comportamento contrastante com o observado quando da utilização da Pt que tem pouco influência na difusão de elementos refratários para a camada de intermetálicos e conduz à melhoria do desempenho à oxidação do revestimento. O excelente comportamento à oxidação é resultado da Pt favorecer a formação e manutenção do filme contínuo de ?-Al2O3. A reduzida aderência do filme de Al2O3, em revestimentos modificados com Pd, é resultado da grande quantidade de vazios e defeitos na interface ?(Ni,Pd)Al/?-Al2O3. O mecanismo associado a este comportamento foi a preferencial difusão externa catiônica (outward-cationic diffusion), predominante quando da formação da forma metaestável da alumina (?-Al2O3), forma polimórfica predominante na superfície dos revestimentos modificados com Pd. Diferentemente do impacto do Pd, a Pt reduz a quantidade de vazios e defeitos na interface ?(Ni,Pt)/?-Al2O3. Palavras-chave: Superliga de Ni. Aluminização

Abstract: Pt improves the oxidation performance of aluminized coatings, formed on Nibased superalloys. Research groups has motivated the search for a competitive alternative elements from the platinum group metals (PGM), that allows to produce aluminized coatings with similar properties to those modified with Pt and reduced cost. This research assessed the impact of Pd on the mechanisms acting during the formation and oxidation performance of aluminized coatings. Layers of Pd with different thicknesses were electroplated on surface of Ni-based superalloy NI-183 followed by pack aluminizing in high Al activity. The characteristics of aluminized coatings modified or not with Pd were investigated and compared to those obtained with Pt. Analysis of the results show that Pd reduces the driving force for Al diffusion during the formation of coatings, increases the external Ni diffusion from the substrate towards the surface and reduces the diffusion of alloy elements (Cr and Ti) into the intermetallic layer. In contrast, Pt increased the driving force for Al diffusion and the mobility of Al at intermetallic layer of aluminized coating. These characteristics have a direct impact on the oxide film formed on coatings. To investigate the influence of Pd in the oxide film, the aluminized coatings (modified or not with Pd) were exposed at isothermal oxidation at 1000 °C for 200 hours. It was shown that the modification of coating with Pd reduce the oxidation performance of aluminized coatings and the adhesion of the oxide film. The reduced transformation rate ? ? ?-Al2O3 accounts for reduced oxidation performance. This behavior is a consequence of the impact of Pd on the reduction of Cr diffusion towards the external layer of aluminized coatings reducing the formation of Cr2O3 that acts as nucleator for ?-Al2O3. The Pd also reduces the diffusion of Co, Ti and refractory elements for external layer of aluminized coatings. Again a contrasting behaviour with that observed when using the Pt that has a low influence in the diffusion of refractory elements into the intermetallic layer and enhances oxidation performance of coatings. The higher oxidation performance occurs because Pt favors the formation and maintenance of an ?-Al2O3 continuous film. The reduced adhesion of Al2O3 film on aluminized coatings modified with Pd, is result of larger voids and defects density at the interface ?(Ni,Pd)Al/?-Al2O3. The mechanism associated with this behavior was the outward-cationic diffusion predominant during the growth of metastable alumina (?-Al2O3), polymorphic form predominant at surface of aluminized coatings modified with Pd. Differently of influence of Pd, the Pt reduces the voids at interface ?(Ni,Pt)/?-Al2O3. Keywords: Ni-base superalloy. Pack aluminization. ?(Ni, Pd)Al. Oxidation at high temperatures. Polymorphism of Al2O3.