BR112019026431B1 - "liga à base de ferro, pó de liga à base de ferro, revestimento de liga à base de ferro, e artigo que tem um revestimento duro e resistente à corrosão - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a uma liga à base de ferro que é capaz de fornecer um revestimento sobre um substrato, o revestimento tendo simultaneamente alta dureza, resistência à corrosão e força de coesão ao substrato. A liga à base de ferro consiste em 16,00 ? 20,00% em peso de Cr; 0,20 ? 2,00% em peso de B; 0,20 ? 4,00% em peso de Ni; 0,10 -0,35% em peso de C; 0,10 ? 4,00% em peso de Mo; opcionalmente 1,50% em peso ou menos de Si; opcionalmente 1,00% em peso ou menos de Mn, opcionalmente 3,90% em peso ou menos de Nb; opcionalmente 3,90% em peso ou menos de V; opcionalmente 3,90% em peso ou menos de W; e opcionalmente 3,90% em peso ou menos de Ti; o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis; contanto que a quantidade total de Mo, Nb, V, W e Ti esteja na faixa de 0,1 - 4,0% em peso da liga. A presente invenção refere-se ainda a um artigo que compreende um substrato e um revestimento formado sobre o mesmo, o revestimento sendo formado partindo da liga e a um processo para formação de um artigo revestido. O processo usa preferencialmente HVOF, HVAF, pulverização a frio, pulverização de plasma, revestimento a laser ou revestimento com arco de transferência de plasma.

Description

Campo da Invenção
[001] A presente invenção pertence de forma geral ao campo de ligas à base de ferro, em particular àquelas que têm dureza e resistência à corrosão. A presente invenção, além disso, pertence ao campo de artigos que têm um revestimento duro e resistente à corrosão feito de uma liga à base de ferro e a métodos para a manufatura destes artigos utilizando a liga à base de ferro da presente invenção.
Antecedente da Invenção
[002] As ligas à base de ferro tais como vários tipos de aço são utilizadas em um grande número de aplicações, mas algumas vezes não têm as propriedades requeridas. Como um exemplo, um material de aço pode não ser suficientemente duro e resistente à corrosão para suportar as condições severas durante o uso, como observado, por exemplo, nas máquinas de perfuração e mineração.
[003] Para esta finalidade, o cladeamento com cromo duro foi utilizado para fornecer revestimentos protetores sobre o maquinário que é exposto às condições severas e ao desgaste, tal como nas aplicações de mineração e aço ou máquinas de perfuração de túneis. Tais revestimentos de cromo têm sido comumente utilizados para a obtenção de revestimentos que têm aparência brilhosa, alta resistência ao desgaste e à corrosão. Equipamento aeroespacial, de petróleo e gás e industrial pesado, tal como equipamento para mineração, consiste das indústrias finais principais para estes revestimentos.
[004] Um revestimento de cromo duro é tipicamente formado sobre um substrato condutor tipicamente metálico através da eletrodeposição do cromo proveniente de uma solução aquosa que contém íons de cromo. Entretanto, a aplicação do revestimento de cromo duro foi reduzida devido a legislações ambientais mais estritas em consideração ao cromo hexavalente, CrVI utilizado no processo ou que está contido nos resíduos que resultam do mesmo.
[005] Devido a sua formação através da eletrodeposição, assim as chapas de cromo duras só podem ser fornecidas sobre superfícies de substratos condutores elétricos. Ainda, a manufatura de um revestimento através da eletrodeposição pode gastar muita energia e adicionalmente pode levar a problemas nos casos em que devem ser formadas estruturas complexas. Ainda, os processos de eletrodeposição são geralmente capazes de fornecer apenas uma camada de revestimento de espessura uniforme sobre todas as partes do substrato que se forma em um revestimento eletrolítico e são assim incapazes de fornecer um revestimento de espessuras variáveis e/ou apenas sobre partes selecionadas de um substrato.
[006] Uma desvantagem adicional dos revestimentos de cromo (ou cladeamentos) em geral é a força de ligação relativamente baixa entre o revestimento e o material de suporte. Sem desejar ficar limitado à teoria, acredita-se que particularmente em casos nos quais o material de suporte é à base de ferro (isto é, é ferro ou é uma liga à base de ferro tal como aço), haja compatibilidade insuficiente entre a estrutura cristalina ou o material à base de ferro e o cromo, de forma que ocorra uma transição brusca entre o material à base de ferro e o revestimento de cromo. Acredita-se assim que não haja ligação metalúrgica entre a camada de cromo e a superfície do material à base de ferro. Aqui, uma "ligação metalúrgica" denota a presença de uma fase metalúrgica intermediária que forma uma transição entre o substrato, sobre uma face e a camada de revestimento, sobre a outra face. Tal fase metalúrgica intermediária tem geralmente uma composição que difere tanto da composição do substrato quanto da composição do revestimento e também pode ter estrutura cristalina que é diferente da estrutura cristalina tanto do substrato quanto da estrutura cristalina.
[007] Em vista destes problemas e limitações, a busca por um substituto do cladeamento com cromo duro começou a quase 30 anos atrás. Métodos de pulverização térmica tais como HVOF (aspersão de oxicombustível de alta velocidade), substituíram várias aplicações de cladeamento com cromo duro, por exemplo, para trem de pouso de aeronaves e cilindros hidráulicos.
[008] Os requerimentos principais para os revestimentos que devem substituir o cladeamento com cromo duro incluem boa resistência à corrosão, resistência ao desgaste e força de ligação aprimorada. A última deve ser uma ligação metalúrgica entre o material do substrato e o revestimento, que é atingida melhor com a introdução mínima de calor para evitar a deterioração do substrato e/ou do revestimento.
[009] O cladeamento a laser é um processo bem estabelecido que pode ser geralmente ajustado para satisfazer estes requerimentos. O cladeamento a laser poderia assim ser uma alternativa para cladeamento com cromo duro para muitas aplicações, uma vez que permitiria a aplicação de depósitos finos resistentes à corrosão e ao desgaste com impacto mínimo sobre o material do substrato. Devido à alta temperatura região de impacto do laser sobre o substrato, cladeamento a laser também é mais bem adequado para conseguir uma ligação metalúrgica quando comparado à eletrodeposição. Também foi descoberto que a capacidade de fornecer uma ligação metalúrgica distingue o cladeamento a laser tanto do cladeamento com cromo duro quanto da HVOF.
[0010] Em um processo de cladeamento a laser, o aço inoxidável martensítico, como SUS 431, foi utilizado com frequência como material de revestimento. Os materiais utilizados anteriormente, entretanto, eram incapazes de atingir simultaneamente a alta dureza e a boa resistência à corrosão. As ligas atualmente em uso podem exibir uma dureza menor que 53 HRC enquanto exibem resistência à corrosão ou podem exibir uma dureza maior que 53 HRC e então ainda exibir resistência à corrosão insuficiente.
[0011] Em certos casos ambos os critérios de exibição de alta dureza e resistência à corrosão suficiente foram atingidos, mas nestes casos foram obtidas propriedades de revestimento instáveis que não satisfaziam as demandas de qualidade, por exemplo, em relação à adesão ao substrato.
[0012] Em adição à capacidade de atingir alta dureza e boa resistência à corrosão, o pó utilizado para um processo de cladeamento a laser também deve ter boa soldabilidade e o depósito deve exibir apenas variações mínimas da química, por exemplo, pela diluição equivalente do substrato.
Problemas que serão resolvidos pela invenção
[0013] A presente invenção visa fornecer um material capaz de formar um revestimento protetor que tem simultaneamente alta dureza, resistência à corrosão suficiente e adesão suficiente ao substrato sobre o qual o revestimento é fornecido. O material de revestimento também deve estar disponível a custos razoáveis e devem poder ser empregados utilizando processos existentes tais como cladeamento a laser, HVOF, HVAF, pulverização de plasma ou tratamento de deposição por plasma com arco transferido.
[0014] Problemas adicionais que serão resolvidos pela presente invenção também se tornarão evidentes tendo em vista da descrição a seguir.
Sumário da Invenção
[0015] A presente invenção resolveu os problemas anteriores através do fornecimento do seguinte: 1. Uma liga à base de ferro, que consiste em 16,00 - 20,00% em peso de Cr; 0,20 - 2,00% em peso de B; 0,20 - 4,00% em peso de Ni; 0,10 -0,35% em peso de C; 0,10 - 4,00% em peso de Mo; opcionalmente 1,50% em peso ou menos de Si; opcionalmente 1,00% em peso ou menos de Mn, opcionalmente 3,90% em peso ou menos de Nb; opcionalmente 3,90% em peso ou menos de V; opcionalmente 3,90% em peso ou menos de W; e opcionalmente 3,90% em peso ou menos de Ti; o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis; contanto que o total de Mo, Nb, V, W e Ti esteja na faixa de 0,1 - 4,0% em peso da liga. 2. A liga à base de ferro de acordo com o aspecto 1, em que o teor de Cr é de 16,50 - 19,50% em peso. 3. A liga à base de ferro de acordo com o aspecto 1 ou o aspecto 2, em que o teor de B é de 0,20 - 1,20% em peso. 4. A liga à base de ferro de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 3, em que o teor de Ni é de 0,20 - 3,00% em peso. 5. A liga à base de ferro de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 4, em que o teor de Nb é de 0,20 - 3,00% em peso. 6. A liga à base de ferro de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 5, em que o teor dos componentes opcionais Nb, V, W e Ti é cada de 1,50% em peso ou menos. 7. A liga à base de ferro de acordo com qualquer um dos aspectos 1 - 6, que está na forma de pó. 8. A liga à base de ferro de acordo com o aspecto 7, em que o pó contém nada ou menos de 2% em peso de partículas que têm um tamanho de partícula que excede 250 μm que é medido por uma análise de peneiração de acordo com a norma ASTM B214-16. 9. A liga à base de ferro na forma de pó de acordo com qualquer um dos aspectos 7 e 8, que consiste em partículas que têm um tamanho de partícula entre 5 - 200 μm ou 20 - 200 μm que é medido por uma análise de peneiração de acordo com a norma ASTM B214-16. 10. Um artigo que tem um substrato e um revestimento, o revestimento sendo formado de uma liga à base de ferro que é definida em qualquer um dos aspectos 1 a 9. 11. Artigo de acordo com o aspecto 10, que é um cilindro ou um rolo hidráulico utilizado na mineração ou na indústria de aço. 12. O artigo de acordo com o aspecto 10 ou 11, em que o revestimento tem uma ou as duas coisas de - uma dureza de 53 HRC ou maior que é medida pela norma SS-EN ISO 6508-1:2016; e - uma resistência à corrosão de 5000 horas (30 semanas) ou mais em um teste de pulverização de sal neutro (5% de NaCl) a 35°C de acordo com a norma ISO 9227:2017. 13. O artigo de acordo com qualquer um dos aspectos 10 a 12, em que o revestimento está metalurgicamente ligado ao substrato. 14. O artigo de acordo com qualquer um dos aspectos 10 a 13, em que o substrato é feito de um metal ou uma liga metálica, preferencialmente aço, aço-ferramenta ou aço inoxidável. 15. O artigo de acordo com qualquer um dos aspectos 10 a 14, em que o revestimento é formado por cladeamento a laser, pulverização de plasma, HVOF, HVAF, pulverização a frio ou plasma com arco transferido da liga à base de ferro, a liga à base de ferro em pó sendo como definida em qualquer um dos aspectos 7 a 9. 16. Uso da liga à base de ferro de acordo com qualquer um dos aspectos 1 a 6 ou da liga à base de ferro em pó de acordo com qualquer um dos aspectos 7 a 9 para formação de um revestimento sobre um substrato. 17. Um método para formação de um artigo revestido, que compreende as etapas de - fornecimento de um substrato e - formação de um revestimento sobre o substrato em que o revestimento é feito de uma liga que é definida em qualquer um dos aspectos 1 a 6 e a etapa de formação do revestimento utiliza uma liga em pó que é definida nos aspectos 7 a 9. 18. O método para formação de um artigo revestido de acordo com o aspecto 18, em que a etapa de formação de um revestimento é uma etapa de cladeamento a laser, uma etapa de pulverização de plasma, uma etapa de plasma com arco transferido HVAF, pulverização a frio ou uma etapa de HVOF. 19. O método para formação de um artigo revestido de acordo com o aspecto 17 ou 18, em que o artigo é como definido em qualquer um dos aspectos 10 a 15.
Descrição Detalhada da Invenção
[0016] Na presente invenção, todos os parâmetros e as propriedades dos produtos referem-se àqueles medidos sob condições padronizadas (25°C, 105 Pa) a não ser que seja especificado o contrário.
[0017] O termo "compreendendo" é utilizado de uma maneira ilimitada e permite a presença de componentes ou etapas adicionais. Entretanto, este também inclui os significados mais restritivos "consistindo essencialmente de" e "consistindo de".
[0018] Sempre que uma faixa for expressa como "de x a y" ou a expressão sinônima "x - y", os pontos finais da faixa (isto é, o valor x e o valor y) são incluídos. A faixa é assim sinônima à expressão "x ou superior, mas y ou inferior".
[0019] A invenção refere-se a uma liga à base de ferro que é definida anteriormente e citada na reivindicação 1. Aqui, o termo "à base de ferro" significa que o ferro tem o teor maior (% em peso da liga total) dentre todos os elementos da liga. O teor de ferro irá exceder 65% em peso e também irá tipicamente exceder 70% em peso de do peso total da liga.
[0020] A liga da presente invenção consiste em 16,00 - 20,00% em peso de Cr; 0,20 - 2,00% em peso de B; 0,20 - 4,00% em peso de Ni; 0,10 -0,35% em peso de C; 0,10 - 4,00% em peso de Mo; opcionalmente 1,50% em peso ou menos de Si; opcionalmente 1,00% em peso ou menos de Mn, opcionalmente 3,90% em peso ou menos de Nb; opcionalmente 3,90% em peso ou menos de V; opcionalmente 3,90% em peso ou menos de W; e opcionalmente 3,90% em peso ou menos de Ti; o equilíbrio sendo Fe e impurezas inevitáveis; contanto que o total de Mo, Nb, V, W e Ti esteja na faixa de 0,1 - 4,0% em peso da liga.
[0021] Aqui, as "impurezas inevitáveis" denotam os componentes que se originam do processo de manufatura da liga da qual são contidos na forma de impurezas nas matérias primas. A quantidade de impurezas inevitáveis é geralmente 0,10% em peso ou menos, preferencialmente 0,05% em peso ou menos, ainda preferencialmente 0,02% em peso ou menos, mais preferencialmente 0,01% em peso ou menos. As impurezas típicas incluem P, S e outras impurezas bem conhecidas por um técnico no assunto. De maneira notável, embora algum dos elementos citados na reivindicação 1 possam ser considerados como impurezas em outras ligas, na liga da presente invenção os elementos citados anteriormente e nas reivindicações não são abrangidos pelo termo "impurezas inevitáveis", uma vez que são adicionados intencionalmente à liga da presente invenção.
[0022] A liga da presente invenção pode ser manufaturada através de métodos convencionais bem conhecidos por um técnico no assunto. Por exemplo, é possível preparar a liga da presente invenção através da mistura dos pós dos elementos metálicos juntos em uma proporção adequada e da fusão da mistura, seguida por um resfriamento apropriado.
[0023] A composição citada na reivindicação 1 refere-se ao teor dos respectivos elementos de liga em % em peso, que é determinada por Espectroscopia de Absorção Atômica (AAS). De maneira notável, a composição da liga que está presente no revestimento final, que está presente sobre um substrato após a utilização de um processo adequado tal como cladeamento a laser para formação de um revestimento da liga da invenção, pode diferir da ligeiramente da composição da liga definida na reivindicação 1, que é a composição da matéria prima em pó usada durante a etapa de formação do revestimento, por exemplo, na etapa de cladeamento a laser ou na pulverização de plasma que se origina do ambiente (por exemplo, nitrogênio ou oxigênio por cladeamento a laser no ar ou carbono ou oxigênio ou nitrogênio por revestimento com plasma utilizando um gás de como combustível) pode ser incorporada até alguma extensão no revestimento. Ainda, a composição do revestimento irá diferir do pó devido à diluição do material de base.
[0024] Os elementos da liga serão descritos agora com referência a sua suposta função e às quantidades preferidas:
Cromo (Cr)
[0025] O cromo (Cr) está presente em uma quantidade de 16,00 - 20,00% em peso da liga. O cromo serve para tornar o revestimento obtido suficientemente duro e resistente à corrosão. O limite inferior da quantidade de Cr é 16,00% em peso, mas a quantidade de Cr também pode ser maior que 16,00% em peso, tal como 16,50% em peso ou mais ou 17,00% em peso ou mais. O limite superior é 20,00% em peso, mas também pode ser menor que 20,00% em peso, tal como 19,50% em peso ou 19,00% em peso. Estes limites superior e inferior podem ser combinados livremente, de forma que a quantidade de Cr possa estar na faixa de 16,50 - 19,50% em peso ou 16,00 - 19,00% em peso.
[0026] Acredita-se que uma quantidade de Cr que excede 12% em solução sólida forneça resistência à corrosão suficiente. Sem desejar ficar limitado à teoria, assume-se que a formação de liga com elementos como C e B reduzirá a concentração de Cr da solução sólida através da formação de carbonetos e boretos, de forma que a quantidade de Cr é ajustada em mais de 12% em peso, isto é, para ser suficientemente mais alta para compensar a perda pela formação de carboneto e boreto.
[0027] Por outro lado, o teor de Cr não deve ser tão alto na solução sólida uma vez que a quantidade de delta-ferrita aumentará e assim reduzirá a dureza do depósito. Foi descoberto que dentro das faixas anteriores para o teor de Cr, podiam ser obtidos resultados ótimos em relação à dureza e à resistência à corrosão.
Boro (B)
[0028] O boro está presente em uma quantidade de 0,20 - 2,00% em peso. O limite inferior é 0,20% em peso, mas também pode ser maior que 0,20% em peso, tal como 0,25 ou 0,30% em peso. O limite superior é 2,00% em peso, mas também pode ser menor que 2,00% em peso, tal como 1,80% em peso ou menos ou 1,50% em peso ou menos. Preferencialmente, o limite superior da quantidade de B é 1,20% em peso ou menos.
[0029] A presença de B diminui a temperatura liquidus, tipicamente em aproximadamente 100°C, quando comparada a ligas similares sem B. O ponto de fusão menor reduz o consumo de energia para a fusão da liga em pó utilizada em um processo de revestimento em sua superfície e assim reduz também a ZAC (zona afetada pelo calor), que beneficia a qualidade do produto e permite evitar substancialmente a deterioração do substrato e da liga. B também aumenta a soldabilidade da liga.
[0030] Como uma consequência, através da inclusão de boro dentro da quantidade especificada, o processo de revestimento obtido se torna mais robusto com menos variações da composição química no revestimento depositado e o revestimento pode ser fornecido de uma maneira eficiente em relação à energia. Ainda, os boretos formados durante a solidificação constituem uma parte essencial da invenção para manter a dureza do revestimento.
Níquel (Ni)
[0031] O níquel serve principalmente para aumentar a resistência à corrosão e está presente em uma quantidade de 0,20 - 4,00% em peso. O limite inferior da quantidade de Ni é 0,20% em peso, mas também pode ser 0,30% em peso, 0,40% em peso ou 0,50% em peso. Preferencialmente, o limite inferior da quantidade de Ni é 0,75% em peso ou mais, ainda preferencialmente 1,00% em peso ou mais.
[0032] O limite superior da quantidade de Ni é 4,00% em peso ou mais, mas também pode ser 3,50% em peso. Preferencialmente, a quantidade de Ni é 3,00% em peso ou menos, mas também pode ser 2,80% em peso ou menos.
Carbono (C)
[0033] O carbono é adicionado para fornecer a dureza correta da martensita e para formar partículas duras, aumentando assim a dureza do revestimento obtido partindo da liga da presente invenção.
[0034] A quantidade de carbono é 0,10 - 0,35% em peso. O limite inferior é 0,10% em peso, mas também pode ser 0,12% em peso ou mais ou 0,14 % em peso ou mais.
[0035] Sem desejar ficar limitado à teoria, acredita-se que a razão para o limite inferior ser 0,10% em peso é que com tal quantidade de carbono, a martensita está aumentando a dureza. O limite superior do teor de carbono é 0,35% em peso, mas também pode ser 0,30% em peso ou menor e preferencialmente é 0,25% em peso ou menor ou 0,20% em peso ou menor.
Molibdênio (Mo)
[0036] Sem desejar ficar limitado à teoria, acredita-se que a formação de liga de Mo aumenta a resistência à corrosão por pite, o assim chamado valor de PRE.
[0037] Na liga da presente invenção, o Mo está contido em uma quantidade de 0,10 - 4,00% em peso. O limite inferior é 0,10% em peso ou mais, mas também pode ser 0,15% em peso ou mais e é preferencialmente 0,20% em peso ou mais.
[0038] O limite superior é 4,00% em peso ou menos, mas também pode ser 3,50% em peso ou menos e é preferencialmente 3,00% em peso ou menos, ainda preferencialmente 2,50% em peso ou menos de ou 2,00% em peso ou menos.
Componentes Opcionais
[0039] A liga também pode conter um ou mais dos componentes opcionais a seguir: 1. 1,50% em peso ou menos de Si; 2. 1,00% em peso ou menos de Mn, 3. 3,90% em peso ou menos de Nb; 4. 3,90% em peso ou menos de V; 5. 3,90% em peso ou menos de W; e 6. 3,90% em peso ou menos de Ti;
[0040] Estes componentes podem estar completamente ausentes, mas a presente invenção também abrange modalidades em que um, dois, três, quatro, cinco ou todos os seis estão presentes. Por exemplo, Si e Mn podem estar presentes, enquanto que Nb, V, W e Ti estão ausentes. Como outro Exemplo, Si, Mn e Nb podem estar presentes, enquanto que V, W e Ti estão ausentes. Um exemplo adicional é uma liga em que Mn, Nb e Ti estão presentes, enquanto que Si, V e W estão ausentes.
[0041] Sem desejar ficar limitado à teoria, acredita-se que a formação de liga com um, dois, três ou todos os quatro selecionados do grupo que consiste em Nb, V, W e Ti formará partículas duras e aumentará a dureza do revestimento enquanto manterá um Cr maior na solução sólida. Acredita-se que isto aumenta a resistência à corrosão do revestimento final.
1. Silício (Si)
[0042] Se o silício estiver presente, sua quantidade é 1,50% em peso ou menos, preferencialmente 1,25% em peso ou menos, mais preferencialmente 1,00% em peso ou menos.
[0043] Uma vez que o Si é opcional, não há limite inferior especificado. Ainda, se o Si estiver presente, sua quantidade pode ser 0,01 % em peso ou mais ou 0,05% em peso ou mais, tal como 0,10% em peso ou mais.
[0044] O Si é principalmente adicionado com a finalidade de evitar a formação de óxidos de Fe e outros metais formadores de liga, uma vez que o Si tem uma alta afinidade pelo oxigênio. A adição de Si é então preferida em casos nos quais as matérias primas da liga contêm oxigênio ou óxidos ou nos quais a manufatura da liga é conduzida sob condições que contêm oxigênio.
2. Manganês (Mn)
[0045] Se o Mn estiver presente, sua quantidade é 1,00% em peso ou menos, preferencialmente 0,80% em peso ou menos, mais preferencialmente 0,60% em peso ou menos, tal como 0,50% em peso ou menos.
[0046] Uma vez que o Mn é opcional, não há limite inferior especificado. Ainda, se Mn estiver presente, sua quantidade pode ser 0,01 % em peso ou mais ou 0,05% em peso ou mais, tal como 0,10% em peso ou mais.
3. Nióbio (Nb)
[0047] Se o Nb estiver presente, sua quantidade é 3,90% em peso ou menos, tal como 3,00% em peso ou menos. Sua quantidade também pode ser 2,50% em peso ou menos e em uma modalidade é 2,00% em peso ou menos. Preferencialmente, a quantidade de Nb (se presente) é 1,5% em peso ou menos.
[0048] Uma vez que o Nb é opcional, não há limite inferior especificado. Ainda, se o Nb estiver presente, sua quantidade pode ser 0,01 % em peso ou mais ou 0,05% em peso ou mais, tal como 0,10% em peso ou mais.
4. Vanádio (V)
[0049] Se o V estiver presente, sua quantidade é 3,90% em peso ou menos, tal como 3,00% em peso ou menos. Sua quantidade também pode ser 2,50% em peso ou menos e em uma modalidade é 2,00% em peso ou menos. Preferencialmente, a quantidade de V (se presente) é 1,5% em peso ou menos.
[0050] Uma vez que o V é opcional, não há limite inferior especificado. Ainda, se o V estiver presente, sua quantidade pode ser 0,01 % em peso ou mais ou 0,05% em peso ou mais, tal como 0,10% em peso ou mais.
5. Tungstênio (W)
[0051] Se o W estiver presente, sua quantidade é 3,90% em peso ou menos, tal como 3,00% em peso ou menos. Sua quantidade também pode ser 2,50% em peso ou menos e em uma modalidade é 2,00% em peso ou menos. Preferencialmente, a quantidade de W (se presente) é 1,5% em peso ou menos.
[0052] Uma vez que o W é opcional, não há limite inferior especificado. Ainda, se o W estiver presente, sua quantidade pode ser 0,01 % em peso ou mais ou 0,05% em peso ou mais, tal como 0,10% em peso ou mais.
6. Titânio (Ti)
[0053] Se o Ti estiver presente, sua quantidade é 3,90% em peso ou menos, tal como 3,00% em peso ou menos. Sua quantidade também pode ser 2,50% em peso ou menos e em uma modalidade é 2,00% em peso ou menos. Preferencialmente, a quantidade de Ti (se presente) é 1,5% em peso ou menos.
[0054] Uma vez que o Ti é opcional, não há limite inferior especificado. Ainda, se o Ti estiver presente, sua quantidade pode ser 0,01 % em peso ou mais ou 0,05% em peso ou mais, tal como 0,10% em peso ou mais.
Restrição da quantidade de Mo, Nb, V, W e Ti
[0055] Na liga da presente invenção, a quantidade total de Mo, Nb, V, W e Ti está na faixa de 0,10 - 4,00% em peso da liga. Evidentemente, um elemento que está ausente não contribui para esta quantidade.
[0056] Novamente, sem desejar ficar limitado à teoria, é considerado que a razão para esta limitação da quantidade destes componentes opcionais é que uma quantidade total maior levaria a uma distorção da estrutura cristalina da liga e do revestimento final, que por sua vez reduziria a dureza e a resistência e também poderia reduzir a resistência à corrosão. Ainda, pelo menos 0,10% em peso do total de Mo, Nb, V, W e Ti é necessário para a obtenção de partículas duras e para dessa maneira aumentar a dureza do revestimento. Os elementos presentes também manterão um Cr maior na solução sólida, que se acredita aprimorar a resistência à corrosão do revestimento final.
[0057] Colocado de forma diferente, o Mo pode estar presente em uma quantidade de até 4,00% em peso e é necessário que esteja presente em uma quantidade de 0,10% em peso ou mais. Uma parte do Mo em excesso de 0,10% em peso pode ser substituída por um, dois, três ou quatro de Nb, V, W e Ti.
[0058] A quantidade total de Mo, Nb, V, W e Ti está na faixa de 0,10 - 4,00% em peso da liga. Se os componentes opcionais Nb, V, W e Ti estiverem ausentes, esta quantidade é unicamente formada por Mo. O limite inferior da quantidade total de Mo, Nb, V, W e Ti é 0,10% em peso ou mais, mas também pode ser 0,50% em peso ou mais ou 1,00% em peso ou mais.
[0059] O limite superior da quantidade total de Mo, Nb, V, W e Ti é o mesmo que o citado anteriormente para o Mo apenas e é assim 4,0% em peso ou menos e é preferencialmente 3,00% em peso ou menos, ainda preferencialmente 2,50% em peso ou menos ou 2,00% em peso ou menos.
Pó e Manufatura de Pó
[0060] Durante seu uso para formação de um revestimento através de um método tal como cladeamento a laser ou revestimento com plasma com arco transferido, pode ser requerido que a liga esteja na forma de pó.
[0061] O método para produção do pó não é particularmente limitado e métodos adequados são bem conhecidos por um técnico no assunto. Tais métodos incluem atomização, por exemplo, através da utilização de atomização de água ou gás.
[0062] As partículas de pó que se originam da produção de pó podem ser utilizadas como estão, mas podem ser classificadas por operações adequadas tais como peneiração com a finalidade de eliminar partículas muito grandes ou muito pequenas, por exemplo, para reduzir sua quantidade para 2% em peso ou menos ou para eliminá-las completamente.
[0063] As partículas são preferencialmente peneiradas com a finalidade de reduzir o conteúdo de partículas que excedem 250 μm de tamanho de partícula e partículas menores que 5 μm. A ausência ou a presença destas partículas pode então ser determinada através de análise de peneiração, seguindo, por exemplo, a norma ASTM B214-16.
[0064] Alternativamente, um técnico no assunto também pode empregar outros meios para a determinação da distribuição dos tamanhos das partículas, utilizando por exemplo, uma técnica de dispersão de laser que é definida na norma ISO 13320:2009 e usada, por exemplo, pelo Mastersizer™ 3000, que pode ser obtido na Malvern. Aqui, o diâmetro médio Dw90 é preferencialmente de 5 a 250 μm, mais preferencialmente de 10 a 100 μm, ainda preferencialmente de 10 a 80 μm. No caso de haver uma discrepância entre um tamanho de partículas obtidas pela análise de peneiração e um tamanho de partículas obtidas por dispersão de laser, a técnica de dispersão de laser é a que será utilizada e prevalecerá.
Resistência à Corrosão e Dureza
[0065] O revestimento obtido partindo da liga da presente invenção exibe simultaneamente resistência à corrosão e dureza, ao contrário dos revestimentos obtidos partindo das ligas da técnica anterior, enquanto que ao mesmo tempo também permite a obtenção de alta força de ligação ao substrato.
[0066] Na presente invenção, a resistência à corrosão pode ser determinada por um ensaio de névoa salina empregando uma solução neutra aquosa de 5% em peso de cloreto de sódio a 35°C, seguindo a norma ISO 9227:2017. O revestimento tem preferencialmente uma resistência à corrosão de 5000 horas ou mais, mais preferencialmente de 8000 horas ou mais, ainda preferencialmente de 10000 horas ou mais.
[0067] A dureza refere-se à HRC (Dureza Rockwell) determinada de acordo com a norma SS ISO 6508-1:2016. O revestimento tem preferencialmente uma dureza de 53 HRC ou maior, mais preferencialmente 56 HRC ou maior.
Substrato e Coesão ao Substrato
[0068] O substrato sobre o qual o revestimento da presente invenção deve ser fornecido não é particularmente limitado, mas é em qualquer caso um material inorgânico resistente ao calor para permitir um processo de deposição utilizando temperaturas elevadas de, por exemplo, 250°C ou superiores sobre a superfície do substrato. O substrato é tipicamente selecionado de materiais de cerâmica, materiais de cermet e materiais metálicos. O material metálico é preferido e é preferencialmente selecionado de um metal ou uma liga metálica. A liga metálica é preferencialmente à base de ferro e um exemplo particular preferido inclui aço, que inclui aço inoxidável e aço-ferramenta.
[0069] Em uma modalidade, o substrato é feito de um material metálico que tem um ponto de fusão menor como a liga da invenção. Acredita-se que isto facilita a formação de uma ligação metalúrgica entre o revestimento feito partindo da liga da invenção e o substrato, uma vez que então as partículas da liga em pó que atingem o substrato irão fundir parcialmente o substrato, permitindo uma melhor difusão da liga da presente invenção para dentro do substrato e permitindo possivelmente a formação de certa fase de transição metalúrgica entre o substrato e o revestimento.
[0070] A presença de uma ligação metalúrgica entre o substrato pode ser avaliada através da verificação da área de transição entre o revestimento e o substrato em uma seção transversal do artigo revestido. Tal observação pode ser feita através de um microscópio adequado. Uma ligação metalúrgica presente na área de transição entre o substrato e o revestimento preferencialmente produz um padrão de difração de raios X que é diferente do substrato puro e da liga e/ou do revestimento puro, indicando assim a formação de uma fase de transição.
Processo de Revestimento
[0071] O artigo revestido pode ser formado através do fornecimento de um revestimento da liga sobre o artigo e o método para produção não é particularmente limitado. Os métodos preferidos incluem uma etapa de formação do revestimento que usa qualquer um de cladeamento a laser, pulverização de plasma ou plasma com arco transferido (PTA). Ainda, em princípio, pode ser usado qualquer processo de pulverização térmica, incluindo HVOF ou HVAF ou pulverização a frio.
EXEMPLO
[0072] Os inventores prepararam um exemplo de uma liga em pó que tem uma distribuição de tamanhos de 45-180 μm e a composição como apresentada na Tabela 1 (% em peso): Tabela 1: Composição de uma liga em pó que tem uma distribuição de tamanhos de 45-180 μm
Figure img0001
[0073] A liga em pó foi revestida a laser sobre um cilindro de aço, 200 mm de diâmetro e 500 mm de comprimento, com uma diluição de 7% utilizando uma fibra de laser Laserline com uma potência de 7,5 kW. [0074] O revestimento exibiu uma dureza de 56 HRC. O cilindro foi colocado dentro de uma câmara de spray de sal durante 5.000 h e não foi observada corrosão.

Claims (15)

1. Liga à base de ferro, caracterizada pelo fato de que consiste em 17,00 - 19,00% em peso de Cr; 0,20 - 2,00% em peso de B; 0,20 - 3,00% em peso de Ni; 0,10 -0,35% em peso de C; 0,10 - 2,00% em peso de Mo; 1.50 % em peso ou menos de Si; 1.51 % em peso ou menos de Mn, opcionalmente 1,50% em peso ou menos de Nb; opcionalmente 1,50% em peso ou menos de V; opcionalmente 1,50% em peso ou menos de W; e opcionalmente 1,50% em peso ou menos de Ti; o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis; contanto que o total de Mo, Nb, V, W e Ti esteja na faixa de 0,1 - 2,0% em peso da liga.
2. Liga à base de ferro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o teor de B é de 0,20 - 1,20% em peso.
3. Liga à base de ferro de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o teor de Nb é de 0,20 - 1,50% em peso.
4. Pó de liga à base de ferro como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o pó contém menos de 2% em peso de partículas que têm um tamanho de partícula que excede 250 μm, conforme medido por análise de peneiração de acordo com a norma ASTM B214-16.
5. Pó de liga à base de ferro de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o pó não contém nenhuma partícula que tem um tamanho de partícula que excede 250 μm, conforme medido por análise de peneiração de acordo com a norma ASTM B214-16.
6. Pó de liga à base de ferro de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que consiste em partículas de pó que têm um tamanho de partícula entre 5 - 200 μm, conforme medido por análise de peneiração de acordo com a norma ASTM B214-16.
7. Pó de liga à base de ferro de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que consiste em partículas de pó que têm um tamanho de partícula entre 20 - 200 μm, conforme medido por análise de peneiração de acordo com a norma ASTM B214-16.
8. Revestimento de liga à base de ferro, caracterizado pelo fato de ser sobre um substrato formado a partir de um pó de liga à base de ferro como definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 7.
9. Artigo, caracterizado pelo fato de que tem um substrato e um revestimento, o revestimento sendo formado a partir de uma liga à base de ferro como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3 ou a partir de um pó de liga à base de ferro como definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 7.
10. Artigo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que é um cilindro ou um rolo hidráulico utilizado na mineração ou na indústria de aço.
11. Artigo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o revestimento tem ambos de: - uma dureza de 53 HRC ou maior, conforme medida pela norma SS-EN ISO 6508-1:2016; e - uma resistência à corrosão de 5000 horas (30 semanas) ou mais em um teste de pulverização de sal neutro (5% NaCl) a 35°C de acordo com a norma ISO 9227:2017.
12. Artigo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o revestimento está metalurgicamente ligado ao substrato.
13. Artigo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o substrato é feito de um metal ou uma liga metálica.
14. Artigo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a liga metálica é aço, aço-ferramenta ou aço inoxidável.
15. Artigo de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que o revestimento é formado por cladeamento a laser, pulverização de plasma, HVOF, HVAF, pulverização a frio ou plasma com arco transferido do pó de liga à base de ferro, em que o pó de liga à base de ferro é como definido em qualquer uma das reivindicações 4 a 7.
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