Impacto dos parâmetros de oxidação térmica no micro

Nov 25, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11249 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Camadas protetoras de óxido na liga Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1.5Cr (TC21) com microestrutura equiaxial influenciam consideravelmente a microdureza e a resistência à corrosão a quente. A oxidação térmica da liga TC21 no presente trabalho foi realizada a 600, 700 e 800 °C por períodos de 5, 20 e 50 horas. Métodos de corrosão a quente em meios salinos NaCl e NaCl + Na2SO4 foram aplicados em amostras brutas (não oxidadas) e oxidadas a 600 e 800 °C por 50 h. A corrosão a quente foi conduzida a 600 °C durante 5 ciclos com etapas de 10 horas. A melhor espessura da camada de óxido foi observada a 800 °C, que aumentou com o aumento do tempo e da temperatura de oxidação. A dureza superficial da camada de óxido a 800 °C foi de 900 ± 60 HV0,05 devido à formação das fases TiO2 e Al2O3. A dureza da matéria-prima foi de 342 ± 20 HV0,05, aumentando três vezes devido à oxidação térmica. No caso do NaCl, a perda de peso dominou todas as amostras, exceto a 800 °C por 5 horas. No caso de NaCl + Na2SO4, o ganho de peso ocorreu nas temperaturas de 600 e 800 °C por 5 h. A perda de peso ocorreu nas amostras brutas e processadas a 800 °C por 20 e 50 horas, onde a camada de óxido descascou. A dureza superficial aumentou nos testes de corrosão a quente devido à formação de fases frágeis, como TiO2 e Na4Ti5O12. Amostras que oxidaram a 800 °C por 5 h apresentaram maior dureza e resistência à corrosão.

O titânio é uma liga não magnética de baixa densidade (60% da densidade do aço inoxidável) com excelentes características de condutividade térmica. As ligas de titânio são amplamente utilizadas em muitas aplicações, como aviação, indústria química1,2,3, petroquímica4, farmacêutica5,6, indústrias biomédicas, mineração7,8, geração nuclear e de energia, geotérmica, dessalinização, trocadores de calor9, etc. as ligas são afetadas por vários fatores, incluindo liga e microestrutura10,11,12. Essas ligas têm boas propriedades como resistência, tenacidade, fadiga, corrosão e estabilidade térmica. No entanto, um fator importante que afeta as propriedades mecânicas é a microestrutura. As fases importantes das ligas de titânio são fase α, estrutura hexagonal compacta (HCP) e fase β, cúbica de corpo centrado (BCC). As ligas α-β são as ligas de titânio mais utilizadas. Muitas microestruturas de ligas de titânio são formadas, como lamelares, equiaxiais e bimodais. A microestrutura pode ser alterada utilizando diferentes regimes de tratamento térmico e meios de resfriamento. Os parâmetros microestruturais incluem morfologia, tamanho de grão, fração volumétrica e distribuição de fases13,14.

Geralmente, a microestrutura equiaxial proporciona boa resistência, alta ductilidade e alta resistência à fadiga15,16,17. As características mecânicas são o fator de desempenho mais importante para aplicações de titânio, como pás móveis e fixas em turbinas a gás. A biocompatibilidade é o elemento mais importante na medicina, como implantes dentários e estruturas ósseas. A corrosão é a propriedade mais importante no setor petrolífero, como tubos de transmissão de fluidos. Portanto, o requisito mais importante no setor industrial é a resistência à corrosão. Como as ligas de titânio estão expostas à corrosão, o oxigênio pode penetrar profundamente no substrato metálico para criar uma área de dissolução de oxigênio, o que faz com que a área afetada se torne mais frágil18,19,20. As ligas de titânio sofrem corrosão a quente no ambiente marítimo e oxidação rápida acima de 400 °C em ambientes contendo oxigênio21. Em ambientes ácidos oxidantes e cloreto neutro, as ligas de titânio demonstram maior resistência à corrosão que o aço inoxidável. Devido a uma película de óxido durável e protetora cuja natureza é altamente influenciada pelas variáveis ​​ambientais; o titânio é resistente à corrosão. Quando o titânio é exposto a condições aquosas, o óxido protetor se desenvolve instantaneamente na superfície1,22,23,24. As camadas de óxido que se formam na superfície das ligas de titânio continuam a ser resistentes à corrosão geral e localizada na maioria dos ambientes oxidantes e neutros, sem a necessidade de inibidores de corrosão, como ligas ferrosas e de alumínio, enquanto são expostas a meios redutores25, 26.