Formação de revestimentos para altas temperaturas no aço inoxidável martensítico X22 utilizando a técnica HAPC

CRUZ, Anderson Weslei da

dc.creator	CRUZ, Anderson Weslei da
dc.date.issued	2023-06-28
dc.identifier.uri	https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3918
dc.description.abstract	X22 steel is a metallic alloy classified as a martensitic stainless steel, commonly utilized in the construction of machinery and equipment operating at high temperatures. However, its resistance to oxidation is significantly limited at temperatures near its operational limit, compromising its practical applications. In this study, the objective was to enhance the oxidation resistance of X22 steel using the aluminization coating technique via HAPC. The process parameters for HAPC were based on pure aluminum (Al) and aluminum-chromium (Al-Cr) donor masteralloys. Temperature and time variations ranged between 650-800 °C and 4-36 h, respectively. NH4Cl, NaCl, and KCl salts were employed to activate the processes. Additionally, thermodynamic conditions for aluminum deposition in HAPC processes were evaluated using HSC Chemistry software. The results obtained demonstrate the viability of forming coatings with practical significance on X22 steel using both masteralloys. When utilizing pure aluminum (Al) as the masteralloy, coatings were achieved at a temperature of 800 °C, with process times of 16 and 36 h, activated with NaCl and KCl salts. The aluminized thickness varied between 50-85 μm, forming a compositional gradient of aluminum in the Fe2Al5, FeAl, and Fe3Al phases in most cases. As for the Al-Cr masteralloy, a coating was obtained under specific conditions: a temperature of 750 °C for 36 h, activated by NH4Cl salt. The aluminized thickness was 50 μm, with the formation of ductile phases FeAl and Fe3Al. This condition allowed for a reduction in process temperature while preserving the properties of X22 steel. In oxidation tests conducted at 800 °C for 288 h under ambient atmosphere (in air), the coatings on X22 steel provided satisfactory protection at high temperatures. Mass gains varied between 0.71-2.20 mg/cm² for the coatings formed using pure aluminum (Al) as the masteralloy and 5.10 mg/cm² for the coating formed using aluminum-chromium (Al-Cr) as the masteralloy. Uncoated X22 steel exhibited a mass gain of 47.27 mg/cm². Regarding the effect of the temperature used in HAPC processes on the microstructure and hardness of X22 steel, minor changes were observed at the maximum process temperature of 800 °C. However, implementing a proposed mode of external furnace cooling (REF) after HAPC processes allowed for adequate preservation of the hardness of X22 steel.	pt_BR
dc.language	por	pt_BR
dc.publisher	Universidade Federal de Itajubá	pt_BR
dc.rights	Acesso Aberto	pt_BR
dc.subject	Aço inoxidável martensítico X22 (1.4923)	pt_BR
dc.subject	Processo de aluminização	pt_BR
dc.subject	Halide activated pack cementation (HAPC)	pt_BR
dc.subject	Teste de oxidação	pt_BR
dc.title	Formação de revestimentos para altas temperaturas no aço inoxidável martensítico X22 utilizando a técnica HAPC	pt_BR
dc.type	Tese	pt_BR
dc.date.available	2023-10-25
dc.date.available	2023-10-25T17:29:02Z
dc.date.accessioned	2023-10-25T17:29:02Z
dc.creator.Lattes	http://lattes.cnpq.br/0779549902635376	pt_BR
dc.contributor.advisor1	SILVA, Gilbert
dc.contributor.advisor1Lattes	http://lattes.cnpq.br/1912171391296662	pt_BR
dc.contributor.advisor-co1	RODRIGUES, Geovani
dc.contributor.advisor-co1Lattes	http://lattes.cnpq.br/9578900283345548	pt_BR
dc.description.resumo	O aço X22 é uma liga metálica pertencente à classe dos aços inoxidáveis martensíticos, sendo amplamente utilizado na construção de máquinas e equipamentos que operam em altas temperaturas. No entanto, para temperaturas próximas de seu limite operacional, sua resistência à oxidação é bastante limitada, o que compromete seu uso prático. Neste trabalho, propôs-se a melhorar a resistência à oxidação do aço X22, utilizando a técnica de revestimento por aluminização via HAPC. Os parâmetros de processo utilizados no HAPC basearam-se nas ligas mães doadoras de alumínio puro (Al) e alumínio-cromo (Al-Cr), com variações de temperatura e tempo entre 650-800 °C e 4-36 h, respectivamente. Para ativação dos processos, foram utilizados os sais NH4Cl, NaCl e KCl. Além disso, as condições termodinâmicas para deposição do alumínio nos processos HAPC foram avaliadas utilizando o software HSC Chemistry. Os resultados alcançados mostraram a viabilidade para a formação de revestimentos de interesse prático no aço X22, empregando ambas as ligas mães. Assim, ao utilizar o alumínio puro (Al) como liga mãe, foram obtidos revestimentos na temperatura de 800 °C, com os tempos de processo de 16 h e 36 h, e sendo ativados com os sais NaCl e KCl. As espessuras aluminizadas variaram entre 50-85 μm, formando para maioria dos casos um gradiente composicional de alumínio nas fases Fe2Al5, FeAl e Fe3Al. Em relação à liga mãe de Al-Cr, obteve-se revestimento em apenas uma condição, sendo utilizada a temperatura de 750 °C, por 36 h e ativado pelo sal NH4Cl. A espessura aluminizada foi de 50 μm, com a formação das fases dúcteis FeAl e Fe3Al. Para essa condição, foi possível diminuir a temperatura de processo, permitindo preservar as propriedades do Aço X22. Nos testes de oxidação realizados a 800 °C por 288 h e sob atmosfera ambiente (em ar), os revestimentos formados no aço X22 proporcionaram uma proteção satisfatória em altas temperaturas. Assim, os ganhos de massa variaram entre 0,71-2,20 mg/cm² para os revestimentos formados com o uso do alumínio puro (Al) como liga mãe e de 5,10 mg/cm² para o revestimento formado com o uso da liga mãe de alumínio-cromo (Al-Cr). O aço X22 sem revestimento apresentou um ganho de massa de 47,27 mg/cm². Em relação ao efeito da temperatura utilizada nos processos HAPC sobre a microestrutura e dureza do aço X22, foram observadas pequenas alterações na máxima temperatura de processo de 800 °C. No entanto, um modo proposto de resfriamento externo ao forno (REF) após os processos HAPC permitiu preservar adequadamente a dureza do aço X22.	pt_BR
dc.publisher.country	Brasil	pt_BR
dc.publisher.department	IEM - Instituto de Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.program	Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica	pt_BR
dc.publisher.initials	UNIFEI	pt_BR
dc.subject.cnpq	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA	pt_BR
dc.relation.references	CRUZ, Anderson Weslei da. Formação de revestimentos para altas temperaturas no aço inoxidável martensítico X22 utilizando a técnica HAPC. 2023. 204 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2023.	pt_BR