Caracterização de revestimentos funcionais por laser cladding : liga Tribaloy T800® aditivada com liga Hasteloy C276®

Abstract

Resumo: Revestimentos depositados a laser têm sido considerados em muitas áreas da engenharia como uma opção atraente para elevar a resistência ao desgaste e à corrosão de componentes industriais. Um estudo recente relatou que quase 23% da energia global é consumida para superar o atrito e para remanufatura de componentes desgastados de máquinas e equipamentos (Holmberg; Erdemir, 2017). Assim, o desenvolvimento de revestimentos para a redução do coeficiente de atrito ou mesmo resistentes ao desgaste e à degradação por processos de corrosão em diversos meios parece se adequar bem às demandas de sustentabilidade, atraindo a atenção da comunidade científica no campo da engenharia de superfícies. Neste contexto, o sistema de liga CoCrMoSi - comercialmente conhecido como Tribaloy® - tem mostrado desempenho promissor no desgaste por contato metal-metal e em processos que envolvem corrosão-desgaste. Além disso, como consequência do refino microestrutural, excelente comportamento em desgaste tem sido também associado aos revestimentos a laser. No entanto, as altas taxas de aquecimento/resfriamento podem levar a micro trincas no revestimento devido aos gradientes térmicos e tensões, dificultando a deposição de muitos sistemas de liga, como a Tribaloy. Este trabalho tem como objetivo investigar a produção de revestimentos funcionais com composição química alterada durante a deposição, ou seja, explorar a mistura in situ como forma de ajustar a composição química do revestimento depositado visando mitigar a tendência ao trincamento. Além do efeito da mistura in situ realizada a partir de um sistema de duplo alimentador, o efeito do diferente aporte térmico foi também avaliado primeiramente sobre a tendência ao trincamento dos revestimentos de liga CoCrMoSi (Tribaloy T800®). Os revestimentos funcionais de liga Tribaloy T800® receberam 25, 50 e 75% em peso da liga à base de níquel Hastelloy C276®, adotada como liga de aditivação. Após inspeção não destrutiva para avaliar a ocorrência de trincamento, os revestimentos foram caracterizados quanto à diluição, microestrutura, dureza e resistência ao risco. O estudo mostrou que a deposição direta e livre de defeitos da liga Tribaloy T800® se mostrou inviável para os parâmetros de deposição selecionados. Apesar disso, o aumento da potência de Laser parece ter auxiliado a reduzir a taxa de resfriamento o que, juntamente com a diluição, elevou o espaçamento das trincas. Por outro lado, a partir de misturas 50:50 (T800®:C276®) o trincamento foi totalmente eliminado. A adição da liga C276® promove a redução nos teores de Mo e Si e, consequentemente, da fração de fase Laves, levando à redução na dureza e na resistência ao risco. Apesar da estratégia de síntese de revestimentos funcionais confirmar a possibilidade de eliminação do trincamento na deposição direta da Tribaloy T800®, torna-se necessário proceder a síntese de revestimentos com menor resistência ao risco e menor dureza

Abstract: Laser cladding has been considered in many engineering areas as an attractive option to withstand the wear and corrosion of industrial components. A recent study reported that nearly 23% of global energy is consumed to overwhelm friction and to remanufacture worn components of machines and equipment (Holmberg; Erdemir, 2017). Thus, the development of coatings to obtain lower friction coefficients or even to withstand the wear and corrosion degradation of components seems to fit well with sustainability claims, draining the scientific community's attention in the field of surface engineering. In light of this, the CoCrMoSi alloy system - commercially known as Tribaloy™ – has shown promising performance in metal-to-metal contact wear and under corrosion-wear degradation. Also, due to the extremely refined microstructures, excellent wear behavior has been associated with Laser cladding. However, the high heating/cooling rates often can cause coating microcracks due to the thermal gradients and stresses, hindering the prompt deposition of many alloys, such as Tribaloy. This work aims to investigate the production of compositionally-graded coatings (CGC), which is, to explore the in situ alloy mixing as a way to design the chemical composition of the deposited coating to mitigate the crack tendency. Beyond the effect of in situ mixing from a dual feed system, the effect of distinct heat inputs was primarily evaluated on the cracking tendency of CoCrMoSi (Tribaloy T800™) alloy coatings. Single and multi-bead Tribaloy T800™ compositionally-graded coatings received 25, 50, and 75 wt% of Ni-base Hastelloy C276™ alloy as an additive. After non-destructive inspection to evaluate cracking tendency, coatings were characterized concerning dilution, microstructure, hardness, and scratch resistance. The study showed that the direct and defect-free deposition of the Tribaloy T800™ alloy proved to be unfeasible for the selected deposition parameters. Despite this, the increase in laser power seems to have helped to reduce the cooling rate which, together with the dilution, increased the crack spacing. On the other hand, from 50:50 mixtures (T800™:C276™) cracking was completely eliminated. The addition of the C276™ alloy promotes a reduction in Mo and Si contents and, consequently, the fraction of Laves phase, leading, at the same time, to a reduction in hardness and scratch resistance. Although the strategy for synthesizing functional coatings confirms the possibility of eliminating cracking in the direct deposition of Tribaloy T800™, it seems the price is the need for coatings with lower hardness and scratch resistance