Revestimentos de WC-10CO-4CR obtidos por aspersão térmica (HVOF) sobre aço inoxidável martensítico visando melhorar a resistência à corrosão e a erosão

Abstract

A geração de energia elétrica através de usinas hidrelétricas é ainda a maior fonte geradora de energia elétrica no Brasil, responsável por aproximadamente 59 % de toda a energia produzida. Neste contexto, são importantes alguns cuidados na manutenção destes grandes empreendimentos. Com isso, estudos de materiais que compõem as grandes turbinas hidráulicas são imprescindíveis, como no caso de revestimentos que cobrem as pás de rotores de turbinas hidráulicas. Revestimentos obtidos por aspersão térmica por chama hipersônica HVOF vêm sendo colocado como uma boa alternativa, pois possibilita a aplicação em peças de diversos tamanhos e formas, tanto na empresa quanto no local onde os equipamentos se encontram, possibilitando a fabricação e recuperação de componentes. Materiais de alta dureza como carbeto de tungstênio, se destacam pela sua boa resistência ao desgaste proporcionando melhor desempenho dos componentes de turbinas hidrelétricas. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo a obtenção e caracterização de revestimentos de WC-10Co-4Cr aplicados pelo processo de aspersão térmica hipersônica (HVOF) sobre o aço inoxidável AISI 410 com diferentes parâmetros de deposição. A morfologia e a microestrutura dos revestimentos foram analisadas por microscopia eletrônica de Varredura (MEV), difração de raios-X (DRX), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e perfilometria. Ensaios de microdureza vickers e aderência foram avaliados. Para ensaios de desgaste erosivo em meio aquoso, foi elaborado e montado um equipamento específico para ensaiar as amostras. A resistência a corrosão dos revestimentos foi avaliada por medidas de potencial de circuito aberto e polarização potenciodinâmica. Com os resultados obtidos, foi possível observar a influência dos parâmetros de deposição nas características da camada, como a porosidade e espessura, assim como a formação de uma nova fase M6C gerada pelo balanço insuficiente de carbono. Nos ensaios de erosão em meio aquoso, observou-se que o desgaste ocorrera na matriz metálica, deixando expostos as partículas de WC. Nos ensaios de corrosão, os potenciais de corrosão se assemelham aos potenciais dos elementos menos ativos, que no revestimento são os elementos que compõem a matriz metálica. De forma ampla, as camadas de WC-10Co-4Cr melhoram significativamente em relação ao desgaste por erosão em meio aquoso, quando comparados com o substrato de aço inoxidável AISI 410.

The generation of electrical energy through hydroelectric plants is still the largest source of electrical energy in Brazil, responsible for approximately 59 % of all energy produced. In this context, it is important to care for the maintenance of these large companies. Therefore, studies of materials that make up large hydraulic turbines are essential, as is the case of coatings that cover the rotor blades of hydraulic turbines. Coatings obtained by HVOF thermal spraying have been considered a good alternative, as this technique allows the application in parts of different sizes and shapes, both at the company and at the place where the equipment is located, facilitating the manufacture and recovery of components. Materials with a high level of hardness, such as tungsten carbide, stand out for their good wear resistance, consequently providing better performance of hydroelectric turbine components. In this context, the present work aimed to obtain and characterize WC-10Co-4Cr coatings applied by the hypersonic thermal spraying (HVOF) on AISI 410 stainless steel with different deposition parameters. The morphology and microstructure of the coatings was analyzed by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), dispersive energy spectroscopy (EDS) and profilometry. Vickers microhardness and adhesion assays were evaluated. For slurry erosion wear tests, specific equipment was designed and assembled. Corrosion resistance was evaluated by monitoring the open circuit potential and potentiodynamic polarization was performed. The results showed the influence of deposition parameters on the characteristics of the layers, such as porosity and thickness, as well as the formation of a new M6C phase generated by insufficient carbon balance. In the slurry erosion tests, the wear occurred in the metallic matrix, exposing WC particles. In the corrosion tests, the corrosion potentials were similar to the potentials of the least active elements, which in the coating are the elements that make up the metallic matrix. In general, the WC-10Co-4Cr layers were significantly improved than the stainless steel AISI 410 substrate in relation to slurry erosion.