Caracterização da zircônia como material cerâmico de revestimento, Resumos de Engenharia de Materiais

Baixe Caracterização da zircônia como material cerâmico de revestimento e outras Resumos em PDF para Engenharia de Materiais, somente na Docsity! Caracterização da zircônia como material cerâmico de revestimento de ligas metálicas Rafael Hehl Pinto Ferraz; RA793109 Raphael Huvos Ribas; RA790783 Thales Filipe Silveira de Andrade; RA790748 Sumário 1. Introdução 2. Casos e aplicações 3. Referências Propriedades da zircônia (produto comercial Zircalon 10)[1] Composição Estabilizada com ítria Densidade 6.05 [g/cm³] Módulo de Young 205 [GPa] Dureza (Vickers Hv50) 1350 [GPa (kg/mm²)] Coeficiente de expansão térmica 10x10⁻⁶ [K⁻¹] Condutividade térmica 2.0 [W/(mK)] Máxima temperatura de uso 1000 [°C] Tabela 1: propriedades relevantes da zircônia Imagem 3: Palhetas de turbina dotadas de revestimento cerâmico a base de zircônia. Métodos de Caracterização ● Microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM) ● Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ● Difração de Raio - X (DRX) ● Espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raio - X (XPS) ● Espectroscopia por dispersão de elétrons (EDS) ● Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) ● Termogravimetria/Análise térmica diferencial (TG/DTA) ● O artigo discute o desempenho, em termos de isolamento térmico e estabilidade térmica, de revestimentos a base de zircônia com composições complexas, contendo múltiplos óxidos de elementos de terra-rara em alta porcentagem. ● Uso de DRX e MEV para caracterização da estrutura cristalina e microestrutura, respectivamente. O DRX apontou a presença das fases: ● Nos corpos sinterizados para caracterizar o material de revestimento: zircônia monoclínica misturada aos óxidos de terras raras e zircônia tetragonal. ● No revestimento em si: zircônia cúbica do tipo fluorita (solução sólida das terras raras) e de resto (20%) zircônia monoclínica. Diagramas produzidos por elétrons retroespalhados no MEV. O comportamento de pressão e evaporação dos componentes da fase de vapor determina a composição de revestimento, o que explica o comportamento distinto do gráfico para diferentes superfícies da peça a revestir. Imagem 7: diagrama composição elementar x espessura de revestimento formada em secções diferentes da lâmina. Tratamento Térmico Imagem 9: esquema do tratamento térmico do revestimento de ZrO2 Difração de Raios X Imagem 10: padrão XRD dos revestimentos. (a) = 400°C , (b) = 450°C. Difração de Raios X Imagem 11: padrão XRD dos revestimentos. (c) = 500°C , (d) = 550°C. Caracterização estrutural dos revestimentos por FESEM Imagem 15: micrografia por FESEM do ZrO2. (a) = 400°C ; (b) = 450°C. Caracterização estrutural dos revestimentos por FESEM Imagem 16: Micrografia por FESEM do ZrO2. (c) = 500°C ; (d) = 550°C. Caracterização estrutural dos revestimentos por FESEM Imagem 17: micrografia por FESEM do ZrO2. (e) = 600°C ● Objetivo de fabricar um revestimento térmico de zircônia para superligas de Ni através de oxidação eletrolítica de plasma. ● Técnicas de MEV e EDS serão utilizadas para analisar a microestrutura do revestimento cerâmico com incorporação de partículas metálicas e avaliar a força de adesão entre o revestimento e a superliga de Ni. Al Co Cr Mo 5,9 9,0 6,5 0,6 Ta Ti Re W 6,5 1,0 3,0 6,0 Tabela 2 - Composição da liga em %w MEV e EDS Imagem 20: (a) Imagem por MEV da interface entre o revestimento e a liga; (b) análise composição química por EDS ● TBC (“Thermal Barrier Coating”) - Revestimento de zircônia. ● OBC (“Oxygen Barrier Coating”) - Revestimento de alumina ● SA (“Superalloy”) - Superliga de Ni ● Espessura do TBC de 50 µm, por um tratamento de PEO por apenas 15 min. ● Espessura do OBC deveria ser de aproximadamente 10 µm para prevenir a oxidação da SA. ● Fases cúbicas, tetragonais e monoclínicas presentes no revestimento. MEV e EDS Imagem 21: Imagem retirada por alta magnificação de MEV Imagens 17 - Imagens perpendiculares à interface retirada por MEV; (a) 30µm da interface, (b) 10µm , (c) na interface. ● Tamanho dos grãos são pequenos o suficiente para inibir uma transformação de fase. ● Aumento considerável no número e tamanho de poros conforme se aproxima da interface devido ao processo utilizado (PEO). ● Diminuição da condutividade térmica na interface e aumento da resistência a corrosão na superfície do TBC. Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) Imagem 23: curva de FTIR para gel de zircônia secado à 110°C ● Pico em 3200 cm-1, vibração da ligação O – H proveniente de moléculas de H20. ● As bandas em 471, 649, 955 cm-1 representam a ligação Zr – O da zircônia ● A absorção de 1384 cm-1, devido às bandas de Zr – OH ● Bandas de 1455 e 1549 cm-1 representam as ligações Zr – O – C. Difração de raio - X Imagem 24: DRX para o gel de zircônia calcificada a: 350 °C, 450 °C e 550 °C ● Indicação de diferentes fases em razão de diferentes temperaturas de sinterização. ● Existência da fase tetragonal abaixo de 1100 °C, devido a uma alta energia superficial, decorrente dos pequenos cristalitos, deveriam estabilizar a fase tetragonal pura. ● Ao aquecer, há um aumento desses cristalitos e uma diminuição da energia superficial, permitindo o surgimento de uma fase monoclínica. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) - Amostras A Imagens 25: Micrografia da zircônia sinterizada em 350 °C (a), 450 °C (b) e 550°C (c) por 1h ● Imagem (a): não há indicação de trincas, porém alguma porosidade devido à remoção de compostos orgânicos. ● Imagem (b): não há indicações de trincas e nem de porosidade. ● Imagem (c): indicações de trincas, provavelmente devido à transformação tetragonal para monoclínica. Referências [1]: https://www.syalons.com/materials/zirconia/ [2] https://www.energy.gov/fecm/how-gas-turbine-power-plants-work https://www.syalons.com/materials/zirconia/ https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/enpr.html ADVANCED COATINGS FOR ROTATING AERO ENGINE COMPONENTS; Technical University of Brandenburg at Cottbus Chair of Physical Metallurgy and Materials Technology Konrad-Wachsmann-Allee 1 D-03046 Cottbus, Germany; Manfred Peters, Uwe Schulz, Bilge Saruhan, Maik Fröhlich, Reinhold Braun, Arturo Flores Renteria, Christoph Leyens Tabela 1: https://www.syalons.com/materials/zirconia JAFARI, M.; KALANTAR, M. Fabrication and Characterization of Zirconia Coating on the API5L Steel. Acesso em: 24 ago. 2023. AKATSU, T. et al. Zirconia based ceramic coating on a metal with plasma electrolytic oxidation . Acesso em: 24 ago. 2023. MACHADO LÓPEZ, M. M.; CALDERÓN, F. R.; HERNÁNDEZ, H. J. V.; VILLALOBOS, J. C.; GARCÍA, M. E. C. Structural and Electrochemical Characterization of the Zirconia Coating on the Ti6Al4V Alloy in Physiological Solution for Orthopedic Applications. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, [s. l.], v. 57, n. 6, p. 1251–1261, 2021. OBRIGADO! DÚVIDAS?