Design e produção de ligas multicomponentes refratárias com propriedades otimizadas de oxidação em alta temperatura

Resumo

Nas últimas duas décadas, o conceito de ligas multicomponentes vem sendo explorado cada vez mais intensamente por pesquisadores ao redor de todo o planeta. Este novo conceito de projetar ligas metálicas, que envolve a utilização de vários elementos principais em vez de apenas um, tem possibilitado que conjuntos de propriedades surpreendentes, e jamais vistos em ligas convencionais, sejam alcançados. Uma classe específica que demonstra grande potencial para aplicações como materiais estruturais de alta temperatura são as ligas multicomponentes refratárias (LMRs). Estas ligas seguem o mesmo conceito de apresentar vários elementos principais, porém, com a maior fração atômica sendo ocupada pelos chamados metais refratários. Por apresentarem temperaturas de fusão muito elevadas, estes materiais conseguem também manter excelente resistência mecânica com o aumento da temperatura. Um sistema de LMRs que se destaca nesse quesito é composto por ligas NbMoTaW e VNbMoTaW. Tais ligas apresentam valores de tensão de escoamento incomparáveis em temperaturas ultra altas de aplicação (i.e., entre 1.200 e 1.600°C). Entretanto, um fator que limita a sua aplicação é a baixa resistência à oxidação, e melhorar esta resistência é um grande desafio, pois elas sofrem pelo fenômeno de "pesting" e também pela formação de óxidos pouco protetores e/ou voláteis. Portanto, este trabalho visa projetar e produzir LMRs dos sistemas NbMoTaW e VNbMoTaW com propriedades otimizadas de oxidação em altas temperaturas, por meio de 2 caminhos diferentes: (1) adição controlada de elementos de liga formadores de óxidos estáveis e protetores a alta temperatura (i.e., Al, Cr e Si) e (2) tratamentos de superfície. Salienta-se que estes procedimentos já exibiram resultados promissores quando aplicados a outros sistemas de LMRs, mas nunca foram estudados nos sistemas em questão. Após a aplicação destes procedimentos e técnicas, o comportamento de oxidação das ligas elaboradas será estudado: (i) em analisador termogravimétrico (TGA) em temperaturas variando de 1.000 a 1.300°C, em atmosferas controladas (i.e., ar sintético e O2 puro) por até 100 h; e (ii) por meio de ensaios de oxidação cíclica ao ar (i.e., atmosfera não controlada) nas mesmas temperaturas e tempos mencionados no item (i). Na sequência, tanto a microestrutura das ligas obtidas quanto as camadas de óxido formadas serão caracterizadas principalmente por meios de microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (MEV/EDS) e difração de raios-X (DRX). Com isso, será possível caracterizar em profundidade o comportamento de oxidação a alta temperatura dos materiais produzidos e inferir sobre os mecanismos de oxidação atuantes em cada liga sob diferentes condições de tratamento. (AU)