Você já se perguntou 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 usados, desde pós à base de níquel até pós compostos, e seus benefícios exclusivos em aplicações industriais. Você obterá insights sobre os processos e as características que tornam o laser cladding uma solução inovadora para aumentar a vida útil dos componentes de titânio. Continue lendo para saber como esses 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 compostos e materiais cerâmicos.
Entre eles, os materiais de liga fusível consistem principalmente de ligas à base de ferro, ligas à base de níquel e ligas à base de cobalto.
A principal característica dessas ligas é a inclusão dos elementos boro e silício, que apresentam forte ação desoxidante e de autofusão.
Durante revestimento a laserO boro e o silício são oxidados para formar óxidos, criando um filme fino na superfície da camada de revestimento.
Essa película não só evita a oxidação excessiva dos elementos da liga, mas também forma escória de borossilicato com os óxidos desses elementos, reduzindo assim o teor de inclusão e os níveis de oxigênio na camada de revestimento.
Esse processo resulta em uma camada de revestimento a laser com baixo teor de óxido e poucos poros. O boro e o silício também podem diminuir o ponto de fusão da liga, melhorando a molhabilidade da fusão em relação ao metal de base, afetando 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. Isso se deve a um aumento na quantidade de boretos e carbetos extremamente duros formados por elementos de boro e silício com níquel, cromo e outros elementos na liga.
O pó de liga à base de níquel possui excelentes propriedades de umectação, resistência à corrosão e autolubrificação em alta temperatura.
Ele é usado principalmente em componentes que exigem resistência ao desgaste, resistência à corrosão térmica e resistência à fadiga térmica. Os requisitos potência do laser é um pouco maior do que a densidade do revestimento de liga à base de ferro.
O princípio de liga das ligas à base de níquel envolve o fortalecimento de soluções sólidas austeníticas com elementos como Fe, Cr, Co, Mo, W, fortalecimento de precipitação de compostos intermetálicos com Al, Ti e fortalecimento de limites de grãos com B, Zr, Co.
A seleção de elementos no pó de liga autofusível à base de níquel é baseada nesses princípios, enquanto a quantidade de elementos de liga adicionado depende da formabilidade da liga e do processo de revestimento a laser.
Atualmente, as ligas autofusíveis 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-cromo que aumenta a resistência da camada de revestimento, melhorando sua resistência à oxidação e à corrosão.
O Cr também pode 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 ao custo de uma ductilidade reduzida.
Ni60 e Ni45 são os mais comumente usados nesse tipo de liga. Além disso, ao aumentar o teor de Ni, a taxa de trincas pode ser significativamente reduzida.
Isso ocorre porque o Ni é um potente austenita (γ), elemento de expansão de fase. O aumento do teor de Ni na liga melhora 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 residual de tração da camada de revestimento e diminuindo significativamente a geração de trincas e defeitos.
No entanto, mais Ni não é necessariamente melhor, pois um teor excessivamente alto de Ni pode prejudicar a dureza da camada de revestimento, impedindo que ela atinja as propriedades necessárias.
O pó de liga à base de cobalto oferece excelente desempenho em alta temperatura e resistência ao desgaste e à corrosão quando revestido a laser na superfície de ligas de titânio.
Atualmente, o pó de liga autofusível à base de cobalto usado para revestimento a laser é desenvolvido com base em ligas Stellite, com elementos de liga primários de cromo (Cr), tungstênio (W), ferro (Fe), níquel (Ni) e carbono (C).
Além disso, são adicionados boro (B) e silício (Si) para aumentar a molhabilidade do pó da liga e formar uma liga autofusível.
Entretanto, o teor excessivo de boro pode aumentar a tendência de rachaduras na liga. As ligas à base de cobalto apresentam estabilidade térmica superior, com evaporação e sublimação mínimas ou degradação perceptível durante o revestimento.
Além disso, o pó de liga à base de cobalto apresenta excelente molhabilidade após a fusão, espalhando-se uniformemente sobre a superfície do liga de titânio.
Isso resulta em 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 componentes do pó de liga à base de cobalto são cobalto (Co), cromo (Cr) e tungstênio (W), o que lhe confere excelente desempenho em alta temperatura e propriedades mecânicas abrangentes.
O cobalto e o cromo formam soluções sólidas estáveis e, devido à baixa teor de carbonoNa liga, vários carbonetos, como CrC, MC e WC metaestáveis, bem como boretos como CrB, estão dispersos por toda a base, resultando em uma liga com maior dureza vermelha, resistência ao desgaste em 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 à deformação e que exigem resistência ao desgaste localizado. Sua maior vantagem é o baixo custo e a boa resistência ao desgaste.
No entanto, ele tem um alto ponto de fusão, baixa autofusibilidade, baixa resistência à oxidação, baixa fluidez e uma camada de revestimento que geralmente contém uma quantidade significativa de porosidade e inclusões de escória, o que limita suas aplicações.
Atualmente, o projeto de liga da estrutura de revestimento de liga à base de Fe consiste principalmente em Fe-C-X (onde X representa Cr, W, Mo, B, etc.), e a estrutura da camada de revestimento é composta principalmente de fases metaestáveis, com os mecanismos de fortalecimento sendo martensita reforço e reforço de metal duro.
Características dos sistemas de pó de liga de fusão automática
| Pó de liga de autofusão | Autofusível | Vantagens | Desvantagens |
| À base de ferro | Ruim | Custo-benefício | Baixa resistência à oxidação. |
| À base de cobalto | Razoavelmente bom | Apresenta resistência superior a altas temperaturas, excelente resistência a choques térmicos e excelente resistência ao desgaste e à corrosão. | Custo relativamente alto. |
| À base de níquel | Bom | Possui boa tenacidade, resistência ao impacto, resistência ao calor, resistência à oxidação e alta resistência à corrosão. | Desempenho abaixo da média em altas temperaturas. |
Sob condições severas de deslizamento, desgaste por impacto e desgaste abrasivo em superfícies de ligas de titânio, as ligas autofusíveis simples à base de Ni, Co e Fe não conseguem mais atender aos requisitos de uso.
Nesse ponto, vários carbonetos, nitretos, boretos e partículas de óxido cerâmico de alto ponto de fusão podem ser adicionados aos pós de liga autofusível mencionados anteriormente para criar revestimentos compostos de metal-cerâmica.
Entre eles, os carbetos (como WC, TiC, SiC etc.) e os óxidos (como ZrO, AlO etc.) são os mais estudados e usados. 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 piscina derretida existe em altas temperaturas por um período muito curto, deixando as partículas de cerâmica sem tempo suficiente para derreter completamente. A camada de revestimento consiste em fase γ cúbica centrada na face (Fe, Ni, Co), partículas de fase cerâmica não fundidas e fases precipitadas (como MC, M C etc.).
A camada de revestimento a laser inclui mecanismos de reforço, como reforço de grão fino, reforço de dispersão de partículas duras, reforço de solução sólida e reforço de empilhamento de deslocamento.
Exemplos:
1. Com a aplicação de revestimentos de material composto de titânio reforçado 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 e, ao mesmo tempo, garantir uma boa adaptação do material de revestimento ao substrato.
2. A superfície da liga de titânio é derretida a laser e diferentes proporções da liga binária Ti-Cr são depositadas, preparando revestimentos modificados na superfície que possuem alta dureza e boa compatibilidade com o substrato.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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