Boretação multicomponente com outros metais

Boretação multicomponente com Cr, Ti e V foi realizada em etapas em um substrato de aço inox. Primeiramente foi feita metalização com Cr, Ti e V (cada uma em um substrato) e na sequência boretação. A metalização foi feita a 1050º C por 4 h e a boretação a 1000 o C por 6 h, ambas as etapas foram feitas pelo método TRD em meio sólido. A mistura para metalização (com V) foi 25% de FeV, 6% de NH4Cl e 69% de Al2O3, porcentagens em peso. Para boretação 10% de B4C, 10% KBF4 e balanço em SiC (SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010).

A rugosidade é uma importante característica superficial que influencia na resistência ao desgaste dos materiais. A boretação multicomponente aumentou a rugosidade da superfície de substratos de aço inox tratados com Cr, Ti e V, como mostrado na Tabela 12.

Tabela 12 - Rugosidade superficial de amostras recobertas e não recobertas

Amostra Não tratada

Borocromatizada Borotitanizada Borovanadizada Rugosidade

(µm) 0,3 0,78 1,33 1,06

Fonte: SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010

O aumento da rugosidade em amostras recobertas corresponde a ocorrência de reações químicas na superfície das amostras e formação de novas fases. A diferença entre os volumes específicos do substrato e nova camada de boreto formada leva a uma mudança dimensional, a qual aumenta a rugosidade superficial das amostras (SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010).

O tratamento com Cr resultou nas fases FeB, Fe2B, CrB e Ni3B. Nos tratamentos de borotitanização e borovanadização as amostras incluíram TiB2 e VB respectivamente. A Figura 28 apresenta micrografias dessas amostras submetidas a boretação multicomponente com Cr, Ti e V (SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010).

Uma característica especial na microestrutura do recobrimento de boro-vanádio (Figura 28-c) foi a presença de apreciável quantidade de porosidade, o que reduz a área de superfície efetiva para o suporte de carga. Além disso, porosidades concentram tensões e agem como iniciadores de trinca, um efeito similar ao que ocorre em superfícies ásperas (SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010).

A maior dureza foi obtida no substrato recoberto com Cr, 2000 HV. Essa maior dureza está relacionada a maior quantidade da fase CrB na superfície e consequentemente a maior relação FeB/Fe2B, FeB é a fase mais dura (SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010).

Figura 28 - Micrografias do aço inox (a) borocromatizado, (b) borotitanizado e (c) borovanadizado

Fonte: SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010. (a)

(b)

Os materiais boretados com Cr, Ti e V foram avaliados por desgaste de deslizamento do tipo pino sobre disco. Os ensaios foram conduzidos à temperatura ambiente e umidade de 30%. Outros parâmetros de ensaio foram: velocidade de 0,1 m/s, cargas de 75 e 115 N, distâncias de deslizamento de 1000 m e esferas de aço AISI 52100 como contracorpo. Os tratamentos de boretação multicomponente em geral aumentaram a resistência ao desgaste em relação ao substrato sem tratamento. A maior resistência ao desgaste for obtida no substrato borocromatizado e está relacionada à maior dureza, menor rugosidade dentre os substratos tratados e a pouca porosidade. A amostra borocromatizada apresentou o menor coeficiente de atrito comparado a todas as amostras e sua curva também apresentou a menor flutuação. Isso pode ser explicado devido à baixa rugosidade. O baixo coeficiente de atrito é outra razão para a maior resistência ao desgaste dessa amostra (SAMADI; HABIBOLAHZADE, 2010).

A Tabela 13 sumariza composições de misturas e parâmetros para diferentes tratamentos de boretação multicomponente em meio sólido, feitos simultaneamente ou em etapas. O recobrimento com B-Al e com B-Cr foi compacto e apresentou boas propriedades quando feito boretação e depois metalização (SINHA, 1991).

Boretação multicomponente com Al em substratos de ligas de ferro foram realizadas pelo método em sólido, em etapas e simultaneamente.

Nos tratamentos em etapas foram utilizadas as mesmas composições da mistura para o tratamento com B e Al apresentado da Tabela 13. Na boretação, a temperatura de saturação variou de 950 a 1000o C e o tempo de 6 a 9 h; enquanto no tratamento de aluminização, a temperatura de saturação variou de 1000 a 1100o C e o tempo de 3 a 6 h (KAIDASH; CHETVERIKOVA; NIKITENKO, 2007).

No tratamento simultâneo foram feitas misturas com 15% a 50% em peso de componente contendo Al (FeAl); um exemplo de mistura com 15% do componente contendo Al é: 85 % de ( 84B4C + 16Na2B4O7) e 15% de (97FeAl + 3NH4Cl). O regime ótimo para o tratamento simultâneo foi 1050o _{C por 6 h (KAIDASH;} CHETVERIKOVA; NIKITENKO, 2007).

Foi possível obter boroaluminização simultânea e em etapas. Foi observado que o aumento do componente que contém Al na mistura resultou no aumento de fases com Al, diminuição de fases com B e inibição da fase FeB. Boretos de Fe e Al apresentaram maior dureza que os boretos sem Al. Uma dureza Vickers de 22000 - 23000 MPa (2243- 2345 HV) foi obtida em substratos boroaluminizados em uma mistura

com 10 % em peso do componente que possui Al; e 14500 MPa - 19500 (1479 – 1988 HV) em substratos boretados (KAIDASH; CHETVERIKOVA; NIKITENKO, 2007).

Tabela 13 - Tratamentos de boretação multicomponente pelo método em sólido Boretação Multicomponente Composição da mistura (% peso) Etapas do processo(*) Substratos Temperatura (o _C) Boro e alumínio Kaidash et al, 1972  84% B4C + 16% borax  97% Fe-Al + 3%NH4Cl S B-Al Al-B Aço carbono 1050 Boro e cromo Chatterjee- Fischer, 1981  5% B4C + 5% KBF4 + 90% SiC (Ekabor® _II)  78% Fe-Cr + 20%Al2O3 + 2% NH4Cl S B-Cr Cr-B Aço carbono B - 900 Cr - 1000 Boro e silício Chatterjee- Fischer, 1981  5% B4C + 5% KBF4 + 90% SiC (Ekabor ® _II)  100% Si B-Si Si-B Aço com 0,4% C 900 - 1000 Boro e vanádio Chatterjee- Fischer, 1981  5% B4C + 5% KBF4 + 90% SIC (Ekabor® _II)  60% Fe-V + 37% Al2O3 + 3% NH4Cl B-V Aço com 1% C B- 900 V- 1000

(*) S - Boretação e metalização Simultânea; B-Al – Boretação e depois Aluminização; Al-B – Aluminização e depois Boretação.

Fonte: SINHA, 1991

A tensão residual em boretos e boretos-aluminetos também foi avaliada. Foi observado um aumento na compressão residual dos substratos recobertos em comparação com os substratos sem tratamento. O aumento da compressão residual está relacionado com o aumento do

volume específico das fases formadas no processo de difusão comparadas àquelas do material base. Adicionalmente, o aumento da compressão residual reflete no aumento da resistência à corrosão e à fadiga (KAIDASH; CHETVERIKOVA; NIKITENKO, 2007).

Boretação multicomponente com vanádio foi realizada em aços com 0,35 a 0,45% de C. O tratamento foi feito pelo método em sólido e em etapas, primeiro foi realizada a metalização com vanádio e na sequência a boretação. Para o tratamento com vanádio foi utilizada uma mistura contendo Fe-V, Al2O3 e NH4Cl . A metalização com vanádio foi feita em um recipiente fechado, atmosfera de argônio ou hidrogênio, a temperaturas acima de 1050o C por mais de 5 h. A boretação foi realizada a 1000o C por 5h (GIDIKOVA, 2000).

A Figura 29 apresenta a microestrutura da boretação multicomponente com vanádio. Não foram observadas diferenças entre a microestrutura submetida ao tratamento com V e B e a microestrutura somente tratada com V. Através de DRX foi identificada a fase VC na amostra metalizada com V e VB2 na amostra metalizada e boretada. Figura 29 - Microestrutura do recobrimento (V+B) no aço.

Metalização com V: 1050°C por 8 h; Boretação: 1000°C por 5 h

O recobrimento com VC apresentou dureza superficial de 19600 MPa (2000 HV) enquanto que o recobrimento com VB2, 23600 MPa (2400 HV). A fase VB2 foi formada como um resultado da reação química entre VC e B ativo liberado após interação entre os componentes da mistura de boretação (GIDIKOVA, 2000).