Revestimentos de silicetos de nióbio para a melhoria da resistência à oxidação por pack cementation

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pinto, Beatriz Aparecida, 1993-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/69505
Resumo: Orientadora: Profa. Dra. Ana Sofia Clímaco Monteiro D’Oliveira
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spelling Pinto, Beatriz Aparecida, 1993-Oliveira, Ana Sofia Climaco Monteiro de, 1965-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica2022-01-13T17:40:42Z2022-01-13T17:40:42Z2019https://hdl.handle.net/1884/69505Orientadora: Profa. Dra. Ana Sofia Clímaco Monteiro D’OliveiraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 10/09/2019Inclui referências: p. 71-75Resumo: Nióbio (Nb) e ligas de nióbio são materiais promissores para aplicações em estruturas expostas a altas temperaturas devido ao alto ponto de fusão, boas propriedades mecânicas e também a sua densidade, similar à de superligas e alguns aços. Este material tem bom desempenho em ambientes ricos em enxofre, entretanto a resistência à oxidação é baixa, o que tem motivado o desenvolvimento de procedimentos que possam melhorar o desempenho em ambientes oxidantes. Neste trabalho desenvolveu-se revestimentos de silicetos para melhoria da resistência à oxidação em altas temperaturas do nióbio. A difusão de Si em Nb metálico foi realizada pela técnica de pack cementation. Para análise da cinética de formação dos revestimentos de siliceto foram utilizadas as temperaturas de processamento de 1000 °C, 1100 °C e 1200 °C em tempos de 1, 2, 4 e 6 horas. Revestimentos processados à 1000 °C apresentaram apenas uma camada de siliceto NbSi2, porém um aumento de temperatura de processamento para 1100 °C resultaram em revestimentos que também apresentam Nb5Si3 em tempos de processamento maiores que 2 horas. A formação de revestimentos de dupla camada ocorre em todos os tempos no processamento à 1200 °C, confirmando assim que a cinética dos revestimentos é relacionada com o tempo e a temperatura do processamento. Análises de TG demonstram um ganho de massa dos revestimentos de siliceto muito menor quando comparado ao Nb metálico, indicando que a silicionização é efetiva na proteção do nióbio em altas temperaturas. As pequenas variações na espessura (camadas Nb5Si3 e NbSi2) dos revestimentos antes e após à exposição à temperatura sugerem uma boa estabilidade, porém ocorre uma pequena queda na microdureza dos revestimentos ao serem expostos à altas temperaturas. Revestimentos que formaram as duas camadas de silicetos apresentaram trincas que foram estagnadas na camada de Nb5Si3, ou na zona de transição com o NbSi2, após à exposição à alta temperatura, evitando a oxidação por pesting. A difusão de Si sobre Nb revestido com Cu, altera a cinética de formação dos silicetos. No processamento a 1000 °C por 6 horas o revestimento é composto por camadas de Nb5Si3 e NbSi2 e entre estas, uma camada de um composto ternário, identificada como Nb5Cu4Si4. A presença de Nb5Si3 no revestimento processado a 1000 ºC sugere que o Cu acelera a formação dos silicetos. Palavras-chave: Pack cementation. Difusão de Si. Nióbio.Abstract: Niobium (Nb) and niobium alloys are promising materials for applications in structures exposed to high temperatures due to high melting point, good mechanical properties as well as their density, similar to that of superalloys and some steels. This material performs well in sulfur-rich environments. However oxidation resistance is low, which has motivated the development of procedures that can improve performance in oxidizing environments. In this work silicide coatings were developed to improve oxidation resistance of niobium at high temperatures. Si diffusion in metallic Nb was performed by the pack cementation technique. For the analysis of the formation kinetics of the silicide coatings, processing temperatures of 1000 °C, 1100 °C and 1200 °C were used for 1, 2, 4 and 6 hours. Coatings processed at 1000 °C showed a single layer of NbSi2 silicide, but coatings processed at 1100 °C also showed the presence of Nb5Si3 at processing times longer than 2 hours. Double-layer coatings formed at 1200 °C regardless of the processing time, confirming that coatings kinetics are related to processing time and temperature. TG analyzes show a much lower mass gain of silicide coatings compared to metallic Nb, indicating that siliconizing is effective in protecting niobium at high temperatures. The small variations in thickness (Nb5Si3 and NbSi2 layers) of coatings before and after temperature exposure suggest good stability, but there is a small decrease in coatings microhardness when exposed to high temperatures. Coatings with a double layer of silicides showed that crack propagation was mitigated by the Nb5Si3 layer, after exposure to high temperature. Cu increases the kinetics of silicide coatings formation. Processing at 1000 °C for 6 hours results on silicide layers of Nb5Si3 and NbSi2 and in between a layer of a Nb5Cu4Si4, consequence of the interdiffusion with Nb. The presence of Nb5Si3 in coating processed in the presence of Cu indicates a faster formation of silicides. Keywords: Pack cementation. Diffusion of Si. Niobium.77 p. : il. (algumas color.).application/pdfRevestimentosSilicetosNiobioDifusãoEngenharia MecânicaRevestimentos de silicetos de nióbio para a melhoria da resistência à oxidação por pack cementationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - BEATRIZ APARECIDA PINTO.pdfapplication/pdf9631018https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/69505/1/R%20-%20D%20-%20BEATRIZ%20APARECIDA%20PINTO.pdfdd3f3f1f8afe3c11d3094284110a4517MD51open access1884/695052022-01-13 14:40:43.079open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/69505Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-01-13T17:40:43Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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