Production and characterization of steel coatings, using the amorphous alloy Fe-Cr-Nb-B

Os equipamentos empregados no escoamento de petróleo são submetidos a condições de serviço bastante severas, destacando-se a presença de ácido sulfídrico, gás carbônico e areia, que contribuem para corrosão e desgaste da superfície. Para resistir a essas solicitações uma alternativa é o revestimento interno empregando materiais que apresentem propriedades elevadas de corrosão e desgaste, sendo os recobrimentos amorfos a base de ferro bastante promissores para essa aplicação. Essas ligas, além das propriedades elevadas, configuram-se como sistemas de baixo custo, que, portanto, são viáveis economicamente. Nesse contexto, essa dissertação de mestrado objetivou a produção e caracterização de recobrimentos de aços, empregando a liga amorfizável Fe60Cr8Nb8B24 (%at.) e enfatizando as propriedades de dureza e desgaste. Inicialmente, foram desenvolvidos estudos preliminares para avaliar a habilidade, da composição selecionada, em formar estrutura amorfa, mesmo quando elaborada a partir de elementos de pureza comerciais. A segunda etapa do projeto envolveu a efetiva produção de recobrimentos, através de duas diferentes rotas. A primeira delas empregou o processo de aspersão térmica pela técnica de LVOF (low velocity oxygen-fuel), sendo desenvolvidos processamentos com dois tipos de matérias-primas: (i) pós amorfos, produzidos por atomização e (ii) pós e depósitos produzidos pelo processo de conformação por spray e submetidos à etapa de moagem de alta energia. Já a outra rota envolveu, exclusivamente, o processo de conformação por spray, utilizando liga a base de níquel, como camada de ligação, para promover adequada adesão entre substrato e camada a ser depositada. Todos os recobrimentos produzidos foram caracterizados por difratometria de raios-X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), sendo também realizados ensaios de desgaste e medidas de dureza, porosidade e teor de oxigênio. Os resultados obtidos indicaram a viabilidade de produção de recobrimentos amorfos pelas duas rotas analisadas e com propriedades bastante promissoras, quando comparados com materiais convencionais.The equipments used to oil flow are submitted in an aggressive environment with the presence of hydrogen sulphide, carbon dioxide and sand, which contribute to corrosion and wear of the surface. To resist of these requests one alternative is the inner coating using materials with high properties of corrosion and wear. Amorphous coatings iron based have good prospects for this application. These alloys, beyond high properties, are low cost system and, therefore, they are viable economically. In this context, the aim of this work is the production and the characterization of coatings, using the amorphous alloy Fe60Cr8Nb8B24 (%at), with special focus on hardness and wear properties. Initially, preliminary studies were made for the evaluation of glass forming ability for selected composition and the influence of impurities on this behavior. The second step of this work was the production of coatings through two different routes. The first was thermal spraying process LVOF (low velocity oxygen fuel), with utilization of two distinct raw materials: (i) amorphous powders produced by atomization and (ii) amorphous powders made by high energy milling. In the other route, coatings were manufactured by spray forming process using prelayer of nickel alloys, whose aim was to allow the adhesion of particles on the substrate. All coatings produced were characterized using X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), wear and hardness tests and porosity and oxygen content measurements. The results shown the feasibility of production of amorphous coatings by the two routes analyzed, with interesting properties when compared to conventional materials