Desenvolvimento de compósito de Fe3Al-k nanométrico em matriz de alumínio para revestimento de positado por aspersão térmica chama pó

Orientador : Prof. Dr. Ramón Sigifredo Cortés ParedesCoorientadora : Profa. Dra. Neide Kazue KuromotoTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 02/12/2016Inclui referências : f. 273-289Resumo: Intermetálicos do sistema FeAl, principalmente o Fe3Al tem recebido especial atenção por suas propriedades a altas temperaturas, tais como resistência a oxidação, a carbonetação e sulfidização. O alumínio é um dos principais materiais utilizados em revestimentos protetivos contra a corrosão devido a sua afinidade com o oxigênio que quando exposta a atmosfera oxidante forma uma fina camada de Al2O3, resistente a meios corrosivos agressivos. Novos revestimentos compósitos têm sido obtidos a partir da combinação de materiais com diferentes escalas de tamanhos de partículas, tais como micro e nano, resultando em propriedades físicas, mecânicas e químicas melhoradas. A Aspersão Térmica tem sido destacada entre as diferentes técnicas de aplicação de revestimentos de proteção para materiais por possibilitar a deposição de diferentes tipos de materiais na forma de pó. O principal objetivo desta tese foi produzir um compósito Al/Fe3Al-Fe3AlCx com partículas de tamanho micro e nanométricos a fim de verificar a viabilidade de depositar este compósito pelo processo Chama a pó (FSp) sobre substrato de aço para formar um revestimento protetivo. A produção do revestimento compósito foi estruturada em quatro etapas principais: primeira, obtenção do Fe3Al-Fe3AlCx (Fe3Al-?) pela técnica de processamento reativo de líquidos, desenvolvida especialmente para este trabalho; segunda, redução do Fe3Al-? para escala nanométrica por meio de moagem de alta energia; terceira etapa, produção do compósito pela mistura do Fe3Al-? nanométrico e micrométrico em diferentes proporções com alumínio micrométrico, por um processo de Mistura Rápida (MR) também desenvolvida especialmente para esta etapa e; quarta, deposição do compósito por FSp variando a temperatura de pré-aquecimento do substrato e a distância de aplicação. Com as técnicas de análise de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), difração de raios x foi verificado que o Processamento Reativo de Líquidos foi capaz de produzir intermetálico Fe3Al-?. A moagem de alta energia utilizada neste trabalho obteve partículas de Fe3Al-? de tamanho médio de 80 nm. Pós-compósitos micrométricos (Al/Fe3Al-?) com 20% e 40% de Fe3Al-? (nano) foram misturados com Al (micro) pelo processo de Mistura Rápida (MR). O compósito Al/Fe3Al-? obtido foi depositado com sucesso por FSp com preaquecimento do substrato a temperaturas de 120°C e 200°C e distância de aplicação de 150 mm e 200 mm. O revestimento obtido sobre substrato de aço apresentou espessura de camada de até 600 ?m, aderência ao substrato superior a 14 MPa, porosidade abaixo de 2%, dureza entre 150 e 200 HV e resistência a corrosão superior ao revestimento de alumínio. Palavras-chave: Alumineto de Ferro. Aspersão Térmica. Pós Compósitos. Revestimentos Compósitos.Abstract: Iron aluminides based on Fe3Al have received particular attention due to its properties at high temperatures, such as resistance to oxidation, carbonation, and sulfidation. Aluminum is one of the main materials used in protective coatings against corrosion due to its affinity for oxygen that when exposed to the oxidizing atmosphere forms a thin layer of Al2O3, resistant to corrosive-aggressive environments. New composite coatings have been obtained from the combination of materials with different particle size scales, such as micro and nano, resulting in improved physical, mechanical and chemical properties. The Thermal Spray has been highlighted among the various techniques of applying protective coatings to materials by enabling the deposition of different types of materials in the form of powder. The primary objective of this thesis was to produce an Al/Fe3Al-Fe3AlCx (Al/Fe3Al-?) composite with micro and nanometric size particles to verify the feasibility of depositing this composite by Flame Spray (FSp) process on steel substrate to form a protective coating. The production of the composite coating was structured in four main steps. First, obtaining Fe3Al-Fe3AlCx (Fe3Al-?) by the Reactive Liquid Processing technique, specially developed for this work. Second, reduction of the Fe3Al-? for nanoscale by High Energy Milling. Third, the production of the composite by the nanometric Fe3Al-? mixture in different proportions with micrometric aluminum, by a fast mixing process also developed, especially for this thesis. Fourth, deposition of the composite by FSp varying the preheating temperature of the substrate and the application distance. With the techniques of Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectrometry (EDS), X-ray diffraction, it was verified that the Reactive Liquid Processing was able to produce Fe3Al-? intermetallic. The High Energy Milling used in this work obtained Fe3Al-? particles with an average size of 80 nm. Micrometric (Al / Fe3Al-?) powder composites with 20% and 40% Fe3Al-? (nano) were mixed with Al (micro) by the fast mixing process. The Al /Fe3Al-? composite was successfully deposited by FSp with preheating of the substrate at temperatures of 120°C and 200°C and application distance at 150 mm and 200 mm. The coating obtained on steel substrate showed a layer thickness of up to 600 ?m, adhesion to the substrate greater than 14 MPa, porosity below 2%, hardness between 150 and 200 HV and corrosion resistance superior to the aluminum coating. Keywords: Iron aluminide. Thermal Spray. Composite Powders. Composite Coatings