BR112018012532B1 - Uma nova composição à base de silicieto de molibdênio - Google Patents

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Abstract

A presente divulgação refere-se a uma composição com base em silicieto de molibdênio compreendendo óxido de alumínio (Al2O3) e ao seu uso em aplicações de alta temperatura.

Description

CAMPO TÉCNICO
[0001]A presente divulgação refere-se a uma composição à base de silicieto de molibdênio compreendendo óxido de alumínio (Al2O3) e ao seu uso em aplicações de alta temperatura.
FUNDAMENTOS
[0002]Os materiais à base de silicieto de molibdênio (MoSi2) são bem conhecidos para aplicações em fornos de alta temperatura. Os elementos de aquecimento feitos destes materiais apresentam bom desempenho em altas temperaturas, tais como acima de 1800 °C, no ar por causa da formação de uma camada protetora de dióxido de silício (sílica).
[0003]Ao aquecer os materiais à base de silicieto de molibdênio no ar, tanto o molibdênio quanto o silício serão oxidados. O óxido de molibdênio se tornará volátil e evaporará e o silício formará uma camada de óxido no material, que impedirá o material de corrosão e outras degradações de desgaste. Entretanto, em baixas temperaturas, o óxido de molibdênio permanecerá na camada de superfície e, portanto, perturbará a formação de uma camada de dióxido de silício contínuo. Isto pode levar a um consumo contínuo do material (MoSi2) do elemento de aquecimento. Esse fenômeno é chamado “deterioração” ou “deteriorar”.
[0004]Foi mostrado que adições de cromo para elementos de aquecimento compreendendo MoSi2 reduzirão a degradação do material de aquecimento a 450 °C. Foi também indicado que a formação de molibdato de cromo desacelerará o consumo de material em elementos de aquecimento compreendendo MoSi2 ligado com cromo.
[0005]Apesar de todo esse progresso feito para elementos de aquecimento à base de MoSi2, existe ainda um problema, especialmente em fornos industriais, com a degradação de elemento de aquecimento à base de MoSi2. Em fornos industriais, haverá diferentes zonas de temperatura, em geral zonas tendo altas temperaturas e zonas tendo baixas temperaturas. Assim, os elementos de aquecimento à base de MoSi2 aí contidos também terão diferentes zonas de temperatura. Nas zonas de temperatura alta, não haverá problema com deterioração como a sílica ser formada imediatamente. Entretanto, nas zonas de temperatura baixa, haverá problemas com deterioração, que significa que estas partes do elemento de aquecimento à base de MoSi2 serão expostas a corrosão etc., que eventualmente levará a falha do elemento de aquecimento. Um outro problema associado com deterioração é que quando o elemento de aquecimento falha, as partes do óxido de superfície podem cair no forno e contaminar o material sendo aquecido.
[0006]O objetivo da presente divulgação é eliminar ou pelo menos reduzir os problemas acima mencionados.
SUMÁRIO
[0007]Consequentemente, a presente divulgação portanto, proporciona uma composição à base de silicieto de molibdênio compreendendo: Al2O3 e 1 a 7 % em peso (% em peso) de bentonita e equilíbrio de Mo1-xCrxSi2 e em que x é 0,05 - 0,25, caracterizado em que Al2O3 está presente na quantidade de 0,01 a 0,06 % em peso (% em peso) como surpreendentemente verificou-se que pequenas adições de óxido de alumínio (Al2O3) resultarão em uma composição à base de silicieto de molibdênio tendo excelente resistência contra a deterioração.
[0008]A presente divulgação também proporciona um elemento de aquecimento compreendendo um composto à base de silicieto de molibdênio sinterizado que foi fabricado a partir da composição à base de silicieto de molibdênio como definido aqui acima ou em seguida e um forno compreendendo um objeto contendo um composto à base de silicieto de molibdênio sinterizado que foi fabricado a partir da composição à base de silicieto de molibdênio como definido aqui acima ou em seguida. Assim, esses elementos de aquecimento terão uma resistência melhorada contra a deterioração e também terão vida útil melhorada que, por sua vez, resultará em custo de manutenção menor.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0009]A presente divulgação apresenta uma composição à base de silicieto de molibdênio compreendendo: Al2O3 e 1 a 7 % em peso de bentonita e equilíbrio de Mo1-xCrxSi2 e em que x é 0,05 - 0,25 e Al2O3 está presente na quantidade de 0,01 a 0,06 % em peso.
[0010]A bentonita é uma argila de silicato de alumínio que consiste principalmente de montemorilonite. Existem diferentes tipos de bentonita e eles são cada nomeados depois do respectivo elemento dominante. Para propósitos industriais, duas classes principais de bentonita existem: bentonita de sódio e cálcio. Assim, na presente divulgação, o termo “bentonita” é intencionado a incluir todos os tipos de silicato de alumínio, tais como bentonita de sódio e cálcio. A bentonita é adicionada à composição à base de silicieto de molibdênio em uma quantidade de 1 a 7 % em peso (% em peso) de modo a melhorar a funcionalidade da composição e permitir a fabricação de elementos de aquecimento através de, por exemplo, extrusão. De acordo com uma modalidade, a bentonita está presente na quantidade de 2 a 6 % em peso, tal como de 2 a 5 % em peso.
[0011]O equilíbrio da presente composição à base de silicieto de molibdênio é Mo1-xCrxSi2. De acordo com uma modalidade, a composição como definido aqui acima ou aqui depois de compreender pelo menos 90 % em peso (% em peso) de Mo1-xCrxSi2, tal como pelo menos 92 % em peso de Mo1-xCrxSi2, tal como pelo menos 94 % em peso de Mo1-xCrxSi2. De acordo com uma modalidade, a composição como definido aqui acima ou em seguida compreende Mo1-xCrxSi2 na faixa de 92,94 a 98,99, tal como 94,98 a 97,95. Além disso, de acordo com a presente divulgação, uma porção (x) do molibdênio do silicieto de molibdênio é substituída com cromo em que x é de 0,05 a 0,25. A substituição melhorará a resistência à oxidação da composição à base de silicieto de molibdênio como definido aqui acima ou em seguida na faixa de temperatura de 400 - 600 °C e desse modo reduzir a degradação. De acordo com uma modalidade, x é na faixa de 0,10 a 0,20, tal como 0,15 a 0,20.
[0012]A composição à base de silicieto de molibdênio como definido aqui acima ou em seguida, compreende pequenas quantidades de alumina (Al2O3), também conhecidas como óxido de alumínio. A adição de baixas quantidades (0,01 a 0,06 % em peso) de alumina tem surpreendentemente mostrado ter um grande impacto na resistência contra a deterioração (ver Figura 1). A oxidação da deteriorar principalmente ocorre depois de um forno estar em operação durante um longo período de tempo, assim não é possível descobrir a deteriorar até que um forno tenha sido operado por várias horas. A Figura 1 mostra diferentes composições de silicieto de molibdênio e como pode ser observado na Figura 1, quanto maior a taxa de crescimento do óxido não desejado, maior é a inclinação da linha. As composições à base de silicieto de molibdênio de acordo com a presente divulgação têm a inclinação mais baixa e assim a taxa de crescimento de óxido mais baixa e têm desse modo uma resistência melhorada contra a deterioração. De acordo com uma modalidade, a quantidade de Al2O3 é de 0,02 a 0,05 % em peso.
[0013]Um elemento de aquecimento de acordo com a presente divulgação pode ser prontamente produzido em várias formas e tamanhos e substituindo vantajosamente os elementos de aquecimento existentes em fornos industriais. Os elementos de aquecimento ou qualquer outro objeto compreendendo um composto à base de silicieto de molibdênio são fabricados sinterizando-se a composição de silicieto de molibdênio como definido aqui acima ou em seguida. A sinterização pode ser realizada em duas etapas. A primeira sinterização ocorre em atmosfera inerte tal como hidrogênio, nitrogênio ou argônio em uma faixa de temperatura de 1000 a 2000 °C e durante um intervalo de tempo de 20 a 240 minutos. Durante o segundo processo de sinterização, a composição é aquecida no ar em uma faixa de temperatura de 1000 a 1600 °C durante 1 a 20 minutos.
[0014]A presente divulgação é ainda ilustrada pelo seguinte exemplo não limitante:
Exemplo
[0015]As misturas de pós de molibdênio, silício e cromo foram preparadas e aquecidas sob atmosfera de argônio para formar MoSi2 e Mo0,85Cr0,15Si2, respectivamente. Os produtos de reação foram moídos para um diâmetro de partícula médio de 5 μm. O pó de silicieto foi subsequentemente misturado com 5 % em peso de bentonita (Bentolita-L comparada de BYK) e água, e no caso de Mo0,85Cr0,15Si2, 0,02, 0,035, 0,05, 0,1 ou 0,2 % em peso de Al2O3 (AKP-30 comparado de Sumitomo) foi adicionado, para formar uma pasta para extrusão.
[0016]As composições obtidas foram extrusadas em hastes de 9 mm diâmetro, que foram subsequentemente secas e pré-sinterizadas em hidrogênio por 1 h a 1375 °C. Uma sinterização final, resistência ao aquecimento no ar a 1500 °C por 5 minutos, foi realizada para obter a densidade total.
[0017]As amostras de cada composição foram moídas para remover a escala de SiO2 protetora que foi formada durante a sinterização final. As amostras foram colocadas individualmente em suportes de amostra de alumina para coletar potenciais produtos de oxidação e incluí-los nas medições de peso. As amostras foram colocadas em um forno elétrico aquecido a 450 °C utilizando elementos de aquecimento FeCrAl e utilizados com isolamento de fibra cerâmica.
[0018]A amostra e o fixador foram pesados para monitorar mudanças individuais de peso como função de tempo de exposição.
[0019]O resultado do teste é mostrado na figura 1. A oxidação da deteriorar ocorre principalmente depois de um forno ter sido operado por um longo período de tempo tal como em torno de 1000 h. Os elementos de aquecimento que são considerados bons devem ter uma taxa de crescimento baixa do óxido não desejado e desse modo uma mudança de peso baixa do elemento de aquecimento. Quanto maior a mudança de peso, maior será a oxidação e maior será o risco de falha do elemento. Como pode ser observado na figura 1, quanto maior a inclinação das linhas, maior a taxa de crescimento de óxido e mais rápido o elemento de aquecimento será consumido.

Claims (8)

1. Composição à base de silicieto de molibdênio compreendendo: Al2O3 e 1 a 7% em peso de bentonita e equilíbrio de Moi-xCrxSÍ2 e em que x é 0, 05 - 0,25, caracterizada pelo fato de que Al2O3 está presente na quantidade de 0,01 a 0,06% em peso.
2. Composição à base de silicieto de molibdênio, de acordo com reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a bentonita está presente na quantidade de 2 a 6% em peso.
3. Composição à base em silicieto de molibdênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que a bentonita está presente na quantidade de 2 a 5% em peso.
4. Composição à base de silicieto de molibdênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que x é 0,10 a 0,20.
5. Composição de silicieto de molibdênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que x é 0,15 a 0,20.
6. Composição de silicieto de molibdênio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que que Al2O3 está na quantidade de 0,02 a 0,05% em peso
7. Elemento de aquecimento caracterizado pelo fato de que compreende um composto à base de silicieto de molibdênio sinterizado que foi fabricado a partir da composição à base de silicieto de molibdênio, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
8. Forno caracterizado pelo fato de que compreende um objeto contendo um composto à base de silicieto de molibdênio sinterizado que foi fabricado a partir da composição à base de silicieto de molibdênio, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
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