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

• Processo: 22/03139-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projeto Inicial
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2028
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Carlos Alberto Della Rovere
• Beneficiário: Carlos Alberto Della Rovere
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Frederico Augusto Pires Fernandes ; Jorge Otubo
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/04108-8 - Síntese e Caracterização de Ligas Multicomponentes Baseadas no Sistema Cr-Nb para Aplicações em Altas Temperaturas, BP.PD; 24/15724-9 - Desenvolvimento de Ligas Refratárias Multicomponentes com Resistência Aprimorada à Oxidação em Alta Temperatura, BP.IC
• Assunto(s): Corrosão Ligas de alta entropia Método CALPHAD Microestruturas Refratários Oxidação Alta temperatura
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Elementos refratários | Ligas de Alta Entropia | Método Calphad | microestrutura | Morfologia da camada de óxido | Oxidação em Alta Temperatura | Corrosão

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)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

MARTINS JUNIOR, C. B.; SILVA, R.; GARGARELLA, P.; GLEESON, B.; ROVERE, C. A. D.. Characterization of NiTiNb10.5 shape memory alloy: microstructural aspects and high-temperature oxidation behavior. Corrosion Science, v. 225, p. 12-pg., 2023-10-31. (17/27031-4, 22/03139-9, 19/23610-5)

DAINEZI, ISABELA; GLEESON, BRIAN; DELLA ROVERE, CARLOS ALBERTO. Failure analysis of TiNbCr Multi-Principal element Alloy: Temperature-Dependent oxidation and internal degradation in oxygen atmospheres. ENGINEERING FAILURE ANALYSIS, v. 175, p. 10-pg., 2025-06-15. (22/03139-9)

DAINEZI, ISABELA; GLEESON, BRIAN; BUZATTI, BRUNO RESENDE; MALAFAIA, ARTUR MARIANO DE SOUSA; DELLA ROVERE, CARLOS ALBERTO. TiNbCr Multi-Principal Element Alloy Oxidation Behavior in Air at 800-1000 °C. HIGH TEMPERATURE CORROSION OF MATERIALS, v. 101, n. 4, p. 22-pg., 2024-04-29. (22/03139-9)