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metadata.dc.type: Tese
Title: Efeito da relação oxigênio/combustível na microstrutura e propriedades de revestimentos quasicristalinos AlCuFeB e AlCoCu produzidos por HVOF
metadata.dc.creator: Feitosa, Francisco Riccelly Pereira
metadata.dc.contributor.advisor1: Lima, Severino Jackson Guedes
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Medeiros, Rodinei
metadata.dc.description.resumo: Descobertos por Dan Shectman em 1982. Os quasicristais, estruturas ordenadas e aperiódicas, são compostos intermetálicos que apresentam propriedades térmicas e superficiais muito diferentes das estruturas cristalinas convencionais. São duros e frágeis a temperatura ambiente, no entanto por apresentarem baixa condutividade térmica e baixo coeficiente de atrito, pesquisas sugerem a aplicação desses materiais como revestimentos duros (de elevada resistência ao desgaste) e de barreira térmica. O processo de aspersão térmica por HVOF se destaca na obtenção de revestimentos espessos e densos. No entanto devido o grande numero de variáveis operacionais ainda se busca uma otimização do processo com a finalidade de se melhorar a qualidade dos revestimentos quasicristalinos depositados. Este trabalho teve como objetivo investigar os efeitos da relação O2/combustível na integridade microestrutural e propriedades dos revestimentos de QC. Para tanto, foram produzidos pelo processo HVOF (oxicombustível de alta velocidade) revestimentos quasicristalinos em substrato de aço (baixo carbono). Como matéria prima, foram utilizadas duas composições na forma de pó: Al59,2Cu25,5Fe12,3B3 (simetria icosaedral) atomizado e com tamanho de partículas variando entre 25-54 µm. E Al65Co18Cu17 (simetria decagonal) geometria irregular (poligonal e facetado) com tamanho de partícula entre 25-75µm. Os revestimentos foram produzidos com cinco condições de aspersão, a partir da variação na relação O2/querosene: 0,98 (carburante), 1,04(carburante), 1,10 (estequiométrica), 1,16(oxidante) e 1,22 (oxidante). O efeito da relação O2/querosene na microestrutura e propriedades dos revestimentos foi analisado por difração de raios-x, microscopia eletrônica e espectroscopia de fotoelétrons por raios-x (XPS). As propriedades de dureza e módulo de elasticidade foram avaliadas ao longo da seção transversal dos revestimentos para cada condição de aspersão. Além do mais, foi realizado o monitoramento da integridade estrutural dos revestimentos através do ensaio de flexão de três pontos acoplados a sensores piezoelétricos com o revestimento sob tração. A utilização desta técnica, inédita em revestimentos de QC, mostrou-se poderosa para determinar, qualitativamente, a degradação dos revestimentos sob carga. Os revestimento de Al59,2Cu25,5Fe12,3B3, produzidos com relação carburante A5(0,98), apresentaram baixa porosidade (< 1,5%). A baixa porosidade dos revestimentos refletiu-se na dureza e no módulo de elasticidade, cerca de 696,5 HV e 160,0 GPa respectivamente. Verificou-se que o aumento da relação O2/combustível foi prejudicial, pois promoveu um maior acúmulo de defeitos na microestrutura dos revestimentos. Este resultado ficou evidente com o monitoramento da integridade estrutural realizado através de um teste de flexão acoplado a sensores piezoelétricos, que permitiu relacionar a qualidade dos revestimentos a partir da energia do sinal captado. O aumento da relação O2/querosene promoveu um significativo incremento de defeitos e descontinuidades (observados pela atenuação da onda captada no teste de flexão) ao ponto de a energia do sinal para os revestimentos de AlCuFeB, A1(1,22) relação oxidante ser dez vezes menor quando comparado com o A5(0,98) relação carburante. Para o revestimento de Al65Co18Cu17, a porosidade foi de 8,0% – melhor resultado obtido com a condição B3(1,10), valor elevado para revestimentos obtidos por HVOF. A dureza e o módulo de elasticidade apresentaram valores de aproximadamente 700 HV e 170 GPa respectivamente. Por fim, os revestimentos produzidos com Al65Co18Cu17, independentemente da condição de aspersão, apresentaram alto teor de defeitos e descontinuidades, resultado da baixa energia do sinal captado, verificada através da técnica de monitoramento com sensores piezoelétricos.
Abstract: Discovered by Dan Shectman in 1982. Quasicrystals, ordered and aperiodic structures, are intermetallic compounds that have very different thermal and surface properties than conventional crystal structures. They are hard and brittle at room temperature, however because they have low thermal conductivity and low coefficient of friction, research suggests the application of these materials as hard coatings (high resistance to wear) and thermal barrier. The HVOF thermal spray process excels in obtaining thick and dense coatings. However, due to the large number of operational variables, a process optimization is still sought to improve the quality of the deposited quasicrystalline coatings. This work aimed to investigate the effects of O2 / fuel ratio on the microstructural integrity and properties of QC coatings. Quasicrystalline coatings on steel substrate were produced by HVOF (high velocity oxyfuel). The raw material was used twice in the production of powder: Al59,2Cu25,5Fe12,3B3 (icosahedral symmetry) with particle size ranging from 25-54 µm. Al65Co18Cu17 (decagonal symmetry) irregular geometry (polygonal and faceted) with piece size between 25-75 µm. The coatings were produced with five spray conditions from the variation in O2/kerosene ratio: 0.98 (fuel), 1.04 (fuel), 1.10 (stoichiometric), 1.16 (oxidant) and 1.22 (oxidant). The effect of the O2/kerosene ratio on the microstructure and coating properties was analyzed by X-ray diffraction, electron microscopy and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The properties of hardness and modulus of elasticity were evaluated along the cross section of the coatings for each spray condition. In addition, the structural integrity of the coatings was monitored by the three-point flexural test coupled to piezoelectric sensors with the traction coating. The use of this technique, unprecedented in QC coatings, proved to be able to qualitatively determine the degradation of coatings under load. The coating Al59,2Cu25,5Fe12,3B3 produced with fuel ratio A5 (0.98), showed low porosity (<1.5%). This low porosity reflected in the hardness and modulus of elasticity, about 696.5 HV and 160.0 GPa respectively. Moreover, it was verified that the increase in the O2/fuel ratio was harmful, since it promoted a greater accumulation of defects in the microstructure of the coatings, impossible to be detected in the previous analyzes. This result was evident with the monitoring of the structural integrity (energy analysis of the D4 detail of the wavelet). The increase in the O2/kerosene ratio promoted a large increase in defects and discontinuities, which the energy for the coatings of AlCuFeB, A1 (1.22) oxidant ratio, is ten times smaller when compared to the A5 (0.98) fuel ratio. The porosity was 8.0% for the Al65Co18Cu17 coating, best result obtained with condition B3 (1.10), high value for coatings obtained by HVOF. The hardness and modulus of elasticity presented values of approximately 700 HV and 170 GPa respectively. Finally, the coatings produced with Al65Co18Cu17, regardless of the spray condition, presented high defects and discontinuities, a result of the low energy, verified through the monitoring technique with piezoelectric sensors.
Keywords: Quasicristais
HVOF
Oxigênio/querosene
Carburante
Oxidante
Quasicrystals
Oxygen/kerosene
Fuel
Oxidant
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal da Paraíba
metadata.dc.publisher.initials: UFPB
metadata.dc.publisher.department: Engenharia de Materiais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/13405
Issue Date: 22-Feb-2018
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