Influence of a niobium coating on sulfidation resistance of FeCr and FeCrY alloys

Nióbio e suas ligas são utilizados atualmente em muitas aplicações industriais por oferecerem excelente resistência à degradação em diversos meios corrosivos. Estes meios incluem atmosferas gasosas em temperaturas elevadas, como as encontradas em plantas de gaseificação de carvão existentes em usinas termelétricas para geração de energia. As atmosferas encontradas nestes meios são misturas gasosas complexasque contêm, entre outros compostos, oxigênio e enxofre. Os sulfetos são compostos menos estáveis, possuem pontos de fusão mais baixos e apresentam, freqüentemente, maiores desvios de estequiometria em relação ao óxido correspondente. Apesar de existirem estudos relacionados à aplicação de metais refratários em atmosferas sulfetantes a temperaturas elevadas, o uso de compostos de nióbio ainda não foi devidamente avaliado como revestimento protetor, havendo poucos dados disponíveis na literatura. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito proporcionado por um filme de nióbio, obtido por pulverização catódica,sobre o comportamento de sulfetação isotérmica das ligas Fe-20Cr e Fe-20Cr-1Y.Os testes de sulfetação foram realizados a 500, 600 e 700°C pelo período de 2h em atmosfera H2/2%H2S. A avaliação da resistência à sulfetação foi feita por meio do ganho de massa por unidade de área exposta. Observou-se que o comportamento de sulfetação a 500ºC das ligas FeCr e FeCrY sem e com revestimento é similar. Nesta condição, nenhuma das ligas sofreu escamação. A 700ºC a liga FeCr sofreu leve escamação na forma de um pó fino, enquanto que o produto de reação formado sobre a liga FeCrY escamou na forma de placas. O efeito do nióbio se torna pronunciado a 700ºC. A camada de produto de reação formada sobre as ligas revestidas é mais fina e plástica que na liga sem revestimento. O ganho de massa por unidade de área diminuiu sensivelmente para as ligas recobertas, que não sofreram escamação.Niobium and niobium based alloys are currently used in many industrial applications because they offer excellent resistance to degradation in various corrosive environments. These media include gaseous atmospheres at high temperatures such as those found in existing coal gasifying plants in power plants for energy generation. These atmospheres are complex gas mixtures that contain sulfur and oxygen, among other compounds. Sulphides are thermodynamically less stable, have lower melting points and often have larger deviations from stoichiometry compared to the corresponding oxides. Although there are studies regarding the use of refractory metals in high temperature sulphidizing atmospheres, the use of niobium compounds has not been adequately evaluated and there is very little studies available in the literature about its use as a protective coating. The aim of this study was to evaluate the effect of a niobium film, deposited by magnetron sputtering on the isothermal sulphidation behavior of Fe-20Cr and Fe-20Cr-1Y alloys. The sulphidation tests were carried out at 500, 600 and 700° C for 2h in H2/2% H2S atmosphere. The sulphidation resistance was determined by mass gain per unit area. The sulphidation behavior of the coated and uncoated alloys was similar at 500ºC, and none of the alloys spalled. At 700ºC FeCr alloy scalled in the form of a fine powder, while the reaction product formed on the alloy FeCrY scalled in the form of plates. The effect of niobium became pronounced at 700°C. The reaction product layer formed on the coated alloy was thinner andmore plastic than that formed on the uncoated alloy. The mass gain per unit area of the coated alloys decreased significantly and they did not scaled