Estudo experimental da difusão do níquel no Cr2O3 por espectrometria de massa de íons secundários.

Abstract

Muitas ligas industriais, que são submetidas a altas temperaturas, contêm o elemento cromo, que oxida preferencialmente formando um filme muito aderente de Cr2O3 que age como uma barreira de proteção contra a corrosão das ligas em meio oxidante. Exemplo dessas ligas são os aços inoxidáveis e outras ligas contendo cromo e níquel. A interpretação dos mecanismos de formação e crescimento desse filme de Cr2O3 requer o conhecimento dos processos difusionais que ocorrem nesse material. Além das difusividades do oxigênio e do cromo, devem ser também conhecidas as difusividades dos demais elementos componentes das ligas metálicas, tais como o Fe, Mn, Ni e outros. Esses elementos se difundem através do filme de Cr2O3 afetando suas propriedades, podendo ainda, em determinadas ligas, dar origem à formação de outras fases, seja no interior do filme, seja na superfície exterior do óxido. Neste trabalho, determinamos experimentalmente a difusão do Ni no Cr2O3 sintético monocristalino e policristalino. No Cr2O3 monocristalino, o estudo da difusividade foi realizado em volume, enquanto que no Cr2O3 policristalino estes estudos foram realizados tanto em volume como em contornos de grãos. Um filme de níquel com cerca de 35nm de espessura foi depositado sobre a superfície devidamente preparada das amostras de Cr2O3. Os ensaios de difusão foram realizados à temperaturas entre 900 e 1100°C, sob uma pressão parcial de oxigênio de 10Pa. Os perfis de difusão do níquel foram determinados por espectrometria de massa de íons secundários (SIMS). Estas experiências conduziram à determinação dos coeficientes de difusão do níquel em volume e em contornos de grãos no Cr2O3, através de soluções apropriadas da segunda lei de Fick, modelo de Le Claire e a equação de Hart. As variações desses coeficientes de difusão foram descritas por meio de equações de Arrhenius. Nas condições experimentais deste trabalho, a diferença entre os coeficientes de difusão em volume do níquel no Cr2O3 monocristalino e no policristalino não foi significativa. Utilizando-se os resultados deste trabalho e de outros prévios foi feita uma comparação entre as difusividades do níquel, cromo, ferro e manganês no Cr2O3.