Deposição direta de metal a laser para formação de liga de alta entropia AlCoCrFexNiVy (x=0 e x=1; y=0 e y=1) sobre substrato de aço carbono
Data
2019-02-15
Autores
Souto, Carlos Alberto 
Orientadores
Cardoso, Kátia Regina
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
Most of structural materials are required with their respect mechanical properties, chemical stability, thermal stability and electrical properties, demanding the use of special alloys or composites, which are usually of high cost. Coating with thin layers of high entropy alloy (HEA) on conventional carbon steel substrate may contribute to obtain suitable physical and chemical properties in the same material at relatively low cost. This work has the objective of obtaining thin layers of HEA in AlCoCrFexNiVy compositions (x = 0 and x = 1; y = 0 and y = 1) on a low carbon steel substrate using a CO2 laser. Firstly, mixtures of powders used in the substrate coating, were obtained by milling in a planetary ball mill, high purity powders of the elements: Al, Co, Cr, Ni, varying the Fe and V. The Homogeneous layers of the mixtures were then dispersed onto steel substrates for irradiation of the laser beam. The laser power parameters and beam focal diameter were fixed at 100 W and 160 m, respectively, by varying the scanning speed of the beam, starting at 3 mm/s up to 12 mm/s, for surveying optimized process conditions. The microstructural characterization of the coating, through optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM), was carried out, followed by a survey of the chemical elements present, using X-ray energy dispersion spectroscopy (EDS). The analysis of solid solution formation and its structures were evaluated by means of X-ray diffractometry (XRD), and the mechanical behavior of the coating was performed through micro hardness tests along its cross section. Through these characterizations, it was possible to define the best laser processing range, as well as which type of base alloy to be used, in which a new coating process of high entropy alloy by laser in carbon steel substrate was executed, thus generating new samples. In the results obtained for this samples, it was verified the formation of HEA in the coating, with BCC microstructure, a hardness with approximately 227% higher and a reduced wear rate of 88%, both in relation to the carbon steel substrate.
Materiais estruturais são, em sua maioria, exigidos com relação à suas propriedades mecânicas, estabilidade química, estabilidade térmica e propriedades elétricas, sendo então necessários utilizar ligas especiais ou compósitos, que geralmente são de alto custo. A obtenção de finas camadas de recobrimento com liga de alta entropia (LAE) sobre um substrato de aço carbono convencional pode contribuir para unir, em um único material, propriedades físicas e químicas adequadas, com custo relativamente baixo. Este trabalho tem como objetivo a obtenção de finas camadas de recobrimento de LAE nas composições AlCoCrFexNiVy (x = 0 e x = 1; y = 0 e y = 1) sobre substrato de aço com baixo teor de carbono, empregando-se um laser de CO2. Misturas de pós, empregadas no recobrimento do substrato, foram obtidas por um processo de mistura em moinho planetário, a partir de pós de alta pureza dos elementos: Al, Co, Cr, Ni, variando o Fe e V. Camadas homogêneas das misturas foram dispersas sobre substratos de aço para irradiação do feixe de laser. Os parâmetros de potência e diâmetro focal do feixe foram fixados em 100 W e 160 m, respectivamente, variando a velocidade de varredura do feixe entre 3 mm/s até 12 mm/s, afim do levantamento de condições otimizadas de processo. A caracterização microestrutural do revestimento, via microscopias óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), foi conduzida, seguida do levantamento dos elementos químicos presentes, via espectroscopia por dispersão de energia de raios X (EDS). A formação de solução sólida e suas estruturas foram avaliadas por meio de difratometria de raios x (DRX) e o comportamento mecânico do recobrimento através de ensaios de microdureza ao longo de sua seção transversal. Com as caracterizações, foi possível definir a melhor intervalo de processamento do laser e a liga base, onde um novo processo de recobrimento de LAE em substrato de aço carbono foi executado. Nos resultados obtidos para esta amostra, verificou-se a formação de LAE no recobrimento com estrutura CCC, com dureza superior em aproximadamente 227% e taxa de desgaste reduzida em 88%, ambos em relação ao substrato de aço carbono.
Materiais estruturais são, em sua maioria, exigidos com relação à suas propriedades mecânicas, estabilidade química, estabilidade térmica e propriedades elétricas, sendo então necessários utilizar ligas especiais ou compósitos, que geralmente são de alto custo. A obtenção de finas camadas de recobrimento com liga de alta entropia (LAE) sobre um substrato de aço carbono convencional pode contribuir para unir, em um único material, propriedades físicas e químicas adequadas, com custo relativamente baixo. Este trabalho tem como objetivo a obtenção de finas camadas de recobrimento de LAE nas composições AlCoCrFexNiVy (x = 0 e x = 1; y = 0 e y = 1) sobre substrato de aço com baixo teor de carbono, empregando-se um laser de CO2. Misturas de pós, empregadas no recobrimento do substrato, foram obtidas por um processo de mistura em moinho planetário, a partir de pós de alta pureza dos elementos: Al, Co, Cr, Ni, variando o Fe e V. Camadas homogêneas das misturas foram dispersas sobre substratos de aço para irradiação do feixe de laser. Os parâmetros de potência e diâmetro focal do feixe foram fixados em 100 W e 160 m, respectivamente, variando a velocidade de varredura do feixe entre 3 mm/s até 12 mm/s, afim do levantamento de condições otimizadas de processo. A caracterização microestrutural do revestimento, via microscopias óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), foi conduzida, seguida do levantamento dos elementos químicos presentes, via espectroscopia por dispersão de energia de raios X (EDS). A formação de solução sólida e suas estruturas foram avaliadas por meio de difratometria de raios x (DRX) e o comportamento mecânico do recobrimento através de ensaios de microdureza ao longo de sua seção transversal. Com as caracterizações, foi possível definir a melhor intervalo de processamento do laser e a liga base, onde um novo processo de recobrimento de LAE em substrato de aço carbono foi executado. Nos resultados obtidos para esta amostra, verificou-se a formação de LAE no recobrimento com estrutura CCC, com dureza superior em aproximadamente 227% e taxa de desgaste reduzida em 88%, ambos em relação ao substrato de aço carbono.