Oxidação dos aços AIS I 304 e AIS I 439 em alta temperatura e relação da difusão do cromo e do oxigênio com o crescimento do filme de Cr2O.

Abstract

Um estudo comparativo do comportamento da oxidação em elevada temperatura em aços inoxidáveis AISI 304 e AISI 439 foi realizado entre 850 °C e 950 °C, em atmosferas de ar ou de ar úmido. As amostras de 10mm x 10mm x 0,6mm foram polidas com pasta de diamante, e submetidas à oxidação em uma termobalança com sensibilidade de ±1µg. Os tratamentos isotérmicos foram executados por 50h. A caracterização química e microestrutural da superfície oxidada foram realizadas por SEM (scanning electronic microscopy), por EDS (energy dispersive spectroscopy) e por XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). A taxa de oxidação do aço AISI 304 é menor em ar úmido, a 850 °C, mas, acima desta temperatura, sua taxa de oxidação em ar úmido é maior do que no ar seco. Nesta temperatura, em ambas atmosferas, foi formado no aço AISI 304 um filme protetor de Cr2O3, cuja cinética de crescimento seguiu uma lei parabólica. Entretanto, a 900ºC e a 950ºC, em ar ou em ar úmido, a oxidação parabólica do AISI 304 ocorre em duas etapas: a primeira corresponde à formação de Cr2O3, e a segunda etapa é relacionada à formação de uma película externa de óxido de ferro, que aumenta consideravelmente a taxa de oxidação do aço. A transição da camada de Cr2O3 para Fe2O3 foi observada também em um estudo precedente da oxidação deste aço na atmosfera de oxigênio. Em todas as temperaturas, em ar ou em ar úmido, foi formado no aço AISI 439 um filme protetor de Cr2O3, cuja cinética de crescimento seguiu uma lei parabólica. As taxas de oxidação foram similares em ambas atmosferas e corroborado pelo trabalho precedente, que sugere que a oxidação do aço AISI 439 não depende da atmosfera. Os resultados do trabalho atual, e aqueles do trabalho precedente mostram que, na faixa de temperatura estudada, a taxa de crescimento do Cr2O3 no aço AISI 439 é maior do que no AISI 304, não somente no ar ou no ar úmido, mas também em outras atmosferas com maior ou menor pressão parcial de oxigênio. Entretanto, a variação dos valores da taxa de oxidação Para o aço AISI 439 ocorre em uma pequena escala, quase insignificante, enquanto os valores para o AISI 304 variaram em uma escala grande. Além disso, para as atmosferas de oxidação de ar, ar úmido e oxigênio, a taxa de oxidação do aço AISI 304 pode tornar-se até três ordens de magnitude maior do que a taxa de oxidação do aço AISI 439, dependendo da temperatura e do tempo de oxidação, devido à formação de uma camada externa do óxido do ferro. Conseqüentemente, pode-se concluir que o aço AISI 439 é mais adequado para ser usado nos ambientes de oxidação, pois sua resistência à oxidação não depende da pressão parcial do oxigênio. Apesar dos filmes de óxidos formados nos aços AISI 304 e AISI 439 serem complexos em relação a sua composição química ou microestrutura, os valores teóricos das constantes parabólicas da oxidação associada ao crescimento do Cr2O3 foram calculadas por meio da teoria de Wagner mostram um acordo razoável com os valores experimentais. Isto confirma o papel da difusão do oxigênio ou do cromo no crescimento do Cr2O3 nos aços inoxidáveis, e mostra que a teoria de Wagner pode ser aplicada às ligas complexas