Determinação experimental das difusividades do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos e verificação da sua relação com a oxidação de uma liga modelo Fe-15%Cr.
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Data
2016
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Resumo
Neste trabalho, foram medidas as difusividades do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de
óxidos formados por oxidação térmica na superfície de uma liga modelo Fe-15%Cr entre 750
e 900ºC, em atmosfera de ar sintético. Os experimentos de difusão do oxigênio foram
realizados em forno tubular na faixa de temperatura entre 750 e 900ºC pelo método da troca
isotópica, utilizando-se o isótopo 18O como traçador do oxigênio, numa atmosfera de
18
2 Ar + 21% O . Os experimentos de difusão do cromo, entre 750 e 900ºC, e do ferro, entre
750 e 850ºC, foram realizados utilizando-se, respectivamente, o 54Cr e o 57Fe , como
traçadores do cromo e do ferro, que foram depositados na superfície da amostra, por
evaporação, utilizando um feixe de elétrons sob vácuo. Após os tratamentos térmicos de
difusão, os perfis de difusão dos traçadores 18O , 54Cr e do 57Fe foram estabelecidos por
Espectrometria de Massa de Íons Secundários (SIMS) e os coeficientes de difusão efetivos
foram determinados utilizando soluções apropriadas da segunda lei de Fick. Os valores dos
coeficientes de difusão em volume e em contornos de grãos foram determinados utilizando-se
a equação de Le Claire para cinética de difusão intergranular do tipo B e a equação de Hart.
Os resultados mostram que as difusividades do oxigênio, em volume, efetivas e em contornos
de grãos são mais baixas do que as correspondentes difusividades do cromo e do ferro,
enquanto que as difusividades do ferro são maiores do que as do cromo. Os coeficientes de
difusão em contornos de grãos, do oxigênio, do cromo e do ferro, são de 104 a 105 ordens de
magnitude maiores do que os correspondentes em volume, mostrando que os contornos de
grãos são vias rápidas para a difusão desses elementos em filmes de óxidos formados sobre a
liga Fe-15%Cr. Como conseqüência, a taxa de oxidação da liga é controlada, principalmente,
pela difusão em contornos de grãos. As constantes de oxidação parabólicas foram calculadas
pela Teoria de Wagner utilizando-se os coeficientes de difusão do cromo e do oxigênio
medidas neste trabalho e os resultados são próximos aos obtidos experimentalmente num
trabalho prévio, assumindo que a difusão ocorre em regime extrínseco. A comparação dessas
constantes de oxidação mostra que a difusividade do cromo é mais importante que a do
oxigênio, sendo alta o suficiente para manter a taxa de oxidação da liga.
Descrição
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras-chave
Oxidação, Oxigênio - difusão, Ferro - difusão
Citação
SOUZA, João Nepomuceno Veiga de. Determinação experimental das difusividades do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos e verificação da sua relação com a oxidação de uma liga modelo Fe-15%Cr. 2016. 133 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.