Já se interrogou sobre a forma como a tecnologia moderna pode aumentar a durabilidade das ligas de titânio? Este artigo explora os sistemas de revestimento a laser de ligas de titânio, detalhando como vários pós de liga melhoram as propriedades da superfície, incluindo a resistência ao desgaste e à corrosão. Descubra os materiais utilizados, desde pós à base de níquel a pós compostos, e as suas vantagens únicas em aplicações industriais. Obterá informações sobre os processos e as características que tornam o revestimento a laser uma solução inovadora para prolongar a vida útil dos componentes de titânio. Continue a ler para saber como estes avanços podem revolucionar o desempenho dos materiais em ambientes exigentes.
Os materiais para revestimento a laser na superfície de ligas de titânio incluem principalmente: materiais de liga fusível, materiais compósitos e materiais cerâmicos.
Entre eles, os materiais de ligas fusíveis consistem principalmente em ligas à base de ferro, ligas à base de níquel e ligas à base de cobalto.
A principal caraterística destas ligas é a inclusão dos elementos boro e silício, que apresentam uma forte ação desoxidante e de auto-fusão.
Durante revestimento a laserO boro e o silício são oxidados para formar óxidos, criando uma película fina na superfície da camada de revestimento.
Esta película não só evita a oxidação excessiva dos elementos da liga, como também forma escórias de borossilicato com os óxidos destes elementos, reduzindo assim o teor de inclusão e os níveis de oxigénio na camada de revestimento.
Este processo resulta numa camada de revestimento a laser com baixo teor de óxido e poucos poros. O boro e o silício podem também baixar o ponto de fusão da liga, melhorando a molhabilidade da fusão em relação ao metal de base, afectando positivamente a fluidez e a tensão superficial da liga.
A dureza da liga de auto-fusão aumenta com o aumento do teor de boro e silício na liga. Isto deve-se a um aumento da quantidade de boretos e carbonetos extremamente duros formados por elementos de boro e silício com níquel, crómio e outros elementos na liga.
O pó de liga à base de níquel possui excelentes propriedades de humidificação, resistência à corrosão e auto-lubrificação a alta temperatura.
É utilizado principalmente em componentes que requerem resistência ao desgaste, resistência à corrosão térmica e resistência à fadiga térmica. Os requisitos potência do laser é ligeiramente superior à da liga de revestimento à base de ferro.
O princípio de liga das ligas à base de níquel envolve o reforço por solução sólida austenítica com elementos como Fe, Cr, Co, Mo, W, o reforço por precipitação de compostos intermetálicos com Al, Ti e o reforço nos limites de grão com B, Zr, Co.
A seleção de elementos no pó de liga auto-fusível à base de níquel baseia-se nestes princípios, enquanto a quantidade de elementos de liga adicionado depende da formabilidade da liga e do processo de revestimento a laser.
Atualmente, as ligas auto-fusíveis à base de níquel incluem principalmente Ni-B-Si e Ni-Cr-B-Si. A primeira é menos dura, mas mais dúctil e fácil de processar, enquanto a segunda é formada pela adição de Cr adequado à liga Ni-B-Si. O Cr, solúvel em Ni, forma uma solução sólida de níquel-crómio que aumenta a resistência da camada de revestimento, melhorando a sua resistência à oxidação e à corrosão.
O Cr pode também formar boretos e carbonetos com B e C, aumentando a dureza e a resistência ao desgaste da camada de revestimento.
O aumento do teor de C, B e Si na liga Ni-Cr-B-Si pode aumentar a dureza da camada de revestimento de 25 HRC para cerca de 60 HRC, mas à custa de uma ductilidade reduzida.
O Ni60 e o Ni45 são os mais utilizados neste tipo de liga. Além disso, ao aumentar o teor de Ni, a taxa de fissuração pode ser significativamente reduzida.
Isto deve-se ao facto de o Ni ser um potente austenite (γ) elemento de expansão de fase. O aumento do teor de Ni na liga aumenta a tenacidade, aumentando assim a tenacidade plástica da camada de revestimento.
O aumento do teor de Ni também reduz o coeficiente de expansão térmica da camada de revestimento, reduzindo assim a tensão de tração residual da camada de revestimento e reduzindo significativamente a geração de fissuras e defeitos.
No entanto, mais Ni não é necessariamente melhor, uma vez que um teor demasiado elevado de Ni pode danificar a dureza da camada de revestimento, impedindo-a de atingir as propriedades necessárias.
O pó de liga à base de cobalto proporciona um excelente desempenho a altas temperaturas e resistência ao desgaste e à corrosão quando revestido a laser na superfície de ligas de titânio.
Atualmente, o pó de liga auto-fusível à base de cobalto utilizado para o revestimento a laser é desenvolvido com base em ligas Stellite, com elementos de liga primários de crómio (Cr), tungsténio (W), ferro (Fe), níquel (Ni) e carbono (C).
Além disso, o boro (B) e o silício (Si) são adicionados para melhorar a molhabilidade do pó de liga para formar uma liga auto-fusível.
No entanto, um teor excessivo de boro pode aumentar a tendência da liga para fissurar. As ligas à base de cobalto apresentam uma estabilidade térmica superior, com evaporação e sublimação mínimas ou degradação percetível durante o revestimento.
Além disso, o pó de liga à base de cobalto apresenta uma excelente molhabilidade após a fusão, espalhando-se uniformemente sobre a superfície do liga de titânio.
Isto leva a uma camada de revestimento que é densa, lisa e plana, aumentando a força de ligação entre a camada de revestimento e o material de base.
Os principais constituintes do pó de liga à base de cobalto são o cobalto (Co), o crómio (Cr) e o tungsténio (W), que lhe conferem um excelente desempenho a altas temperaturas e propriedades mecânicas abrangentes.
O cobalto e o crómio formam soluções sólidas estáveis e, devido à baixa teor de carbonoNa base da liga, estão dispersos vários carbonetos, tais como CrC, MC e WC metaestáveis, bem como boretos como CrB, o que resulta numa liga com maior dureza vermelha, resistência ao desgaste a alta temperatura, resistência à corrosão e resistência à oxidação.
O revestimento a laser de pó de liga à base de ferro na superfície de ligas de titânio é adequado para peças propensas a deformação e que requerem resistência ao desgaste localizado. A sua maior vantagem é o baixo custo e a boa resistência ao desgaste.
No entanto, tem um ponto de fusão elevado, fraca autofusibilidade, fraca resistência à oxidação, fraca fluidez e uma camada de revestimento que contém frequentemente uma quantidade significativa de porosidade e inclusões de escória, o que limita as suas aplicações.
Atualmente, a conceção da liga da estrutura de revestimento da liga à base de Fe consiste principalmente em Fe-C-X (em que X representa Cr, W, Mo, B, etc.), e a estrutura da camada de revestimento é composta principalmente por fases metaestáveis, sendo os mecanismos de reforço martensite reforço e reforço de carboneto.
Características dos sistemas de pó de ligas auto-fundíveis
| Pó de liga autofundente | Auto-fusível | Vantagens | Desvantagens |
| À base de ferro | Pobres | Rentável | Fraca resistência à oxidação. |
| À base de cobalto | Razoavelmente bom | Apresenta uma resistência superior a altas temperaturas, uma excelente resistência ao choque térmico e uma excelente resistência ao desgaste e à corrosão. | Custo relativamente elevado. |
| À base de níquel | Bom | Possui boa tenacidade, resistência ao impacto, resistência ao calor, resistência à oxidação e elevada resistência à corrosão. | Desempenho inferior a altas temperaturas. |
Em condições severas de deslizamento, desgaste por impacto e desgaste abrasivo em superfícies de ligas de titânio, as ligas auto-fusíveis simples à base de Ni, Co e Fe já não conseguem satisfazer os requisitos de utilização.
Nesta altura, vários carbonetos, nitretos, boretos e partículas de óxido cerâmico de ponto de fusão elevado podem ser adicionados aos pós de liga auto-fusível acima mencionados para criar revestimentos compostos metal-cerâmica.
Entre eles, os carbonetos (como WC, TiC, SiC, etc.) e os óxidos (como ZrO, AlO, etc.) são os mais estudados e utilizados. O comportamento dos materiais cerâmicos na fusão da liga de titânio inclui: dissolução completa, dissolução parcial e dissolução menor.
O grau de dissolução é controlado principalmente pelo tipo de cerâmica e substrato e, secundariamente, pelas condições do processo de revestimento a laser.
Durante o processo de revestimento a laser, a poça de fusão existe a altas temperaturas durante um período de tempo muito curto, deixando às partículas de cerâmica tempo insuficiente para fundir completamente. A camada de revestimento é constituída por fase γ cúbica de face centrada (Fe, Ni, Co), partículas de fase cerâmica não fundida e fases precipitadas (como MC, M C, etc.).
A camada de revestimento a laser inclui mecanismos de reforço como o reforço de grão fino, o reforço de dispersão de partículas duras, o reforço de solução sólida e o reforço de empilhamento de deslocações.
Exemplos:
1. Ao aplicar revestimentos de materiais compósitos de titânio reforçados com TiC ou (TiB+TiC) na superfície de ligas de titânio, podemos melhorar a dureza da superfície e a resistência ao desgaste da liga de titânio, assegurando simultaneamente uma boa adaptação do material de revestimento ao substrato.
2. A superfície da liga de titânio é fundida a laser e são depositadas diferentes proporções de liga binária Ti-Cr, preparando revestimentos modificados à superfície que possuem elevada dureza e boa compatibilidade com o substrato.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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