Desenvolvimento in situ de revestimentos ceramicos de alumina pelo processo de plasma com arco transferido

Abstract

Resumo: A protecao de componentes metalicos contra condicoes severas de operacao tem motivado o desenvolvimento dos revestimentos para uma ampla variedade de aplicacoes. Em particular, os revestimentos ceramicos tem sido usados para proteger componentes que operam altas temperaturas e em ambientes corrosivos com o intuito de estender seu tempo de uso. As tecnologias por aspersao termica e o EB-PVD (deposicao em fase vapor por processo fisico com feixe de eletrons) tem sido usados para aplicar camadas ceramicas sobre metais, tomando como vantagem a caracteristica de ligacao formada entre o metal e a ceramica. Neste estudo, foi analisado o potencial de utilizar o PTA (Plasma com arco transferido) para revestir o substrato metalico com uma camada ceramica de alumina. Como forma de contornar os problemas de soldagem existente entre materiais dissimilares, misturas de pos de aluminio e quartzo foram depositadas sobre substrato de aco de baixo carbono AISI 1020, com a finalidade de desenvolver in situ uma camada de alumina ligada a um substrato metalico por meio de uma camada de ligacao atuando como transicao entre metal-ceramico. Os revestimentos produzidos por esta tecnica foram caracterizados e analisados por DRX (difracao de raios X), MEV (microscopia eletronica de varredura), analise semi-quantitativa da composicao quimica por EDS (espectroscopia de energia dispersiva), microdureza Vickers e espectroscopia Raman, e mostraram que houve a formacao de uma camada ceramica composta por -Al2O3, Si, Al e silica amorfa ligada ao substrato por uma camada de ligacao constituida de uma solucao solida de ferro rico em aluminio com fases intermetalicas Fe3Al. Com base nos testes e resultados obtidos, foi possivel verificar que durante a formacao do revestimento parece haver uma competicao entre a sintese do alumineto de ferro e da alumina pelo aluminio disponivel na poca de fusao. Assim, os dados sugerem que para a formacao do revestimento e necessario que na mistura de pos haja aluminio o suficiente para alimentar as duas reacoes. No final do trabalho sao apresentados testes exploratorios para avaliar o desempenho dos revestimentos quanto ao desgaste por deslizamento, ciclagem termica e corrosao.

Abstract: The protection of metallic components against severe operating conditions has motivated the development of coatings for a wide range of applications. In particular, ceramic coatings can be used to protect components that operate under high temperatures and corrosive environments aiming to extend its service life. Thermal spray and EB-PVD process can be used to apply ceramic layers on metals, taking advantage as the type of bond formed between metal and ceramic. This study analyzed the potential of PTA to process ceramic coatings on a steel substrate. To overcome the problems of welding dissimilar materials, powder mixtures of aluminum (Al) and silicon oxide (SiO2) were deposited by PTA aiming to synthetize alumina coatings in situ as the reaction between Silicon Oxide and Aluminum powders occurred. X-Ray diffraction, Scanning electron microscopy, Semi-quantitative chemical analysis by EDS, microhardness Vickers, Raman spectroscopy were used to analyze the processed surfaces. Based on the tests and the results, it was verified that during the formation of the coating there is a competition between the synthesis of iron aluminide and alumina. Thus, the data suggests that for the formation of the coating requires that the aluminum powder mixture there is enough to feed the two reactions. At the end of work are carried out exploratory tests to evaluate the performance of the coatings on the sliding wear, thermal cycling and corrosion.