Estudo experimental das difusões do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos formados pela oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 439.

dc.contributor.advisorSabioni, Antônio Claret Soarespt_BR
dc.contributor.authorMalheiros, Emiliane Advíncula
dc.date.accessioned2015-10-29T18:49:56Z
dc.date.available2015-10-29T18:49:56Z
dc.date.issued2014
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractO aço inoxidável ferrítico AISI 439 é resistente à oxidação à altas temperaturas devido à formação de um filme superficial protetor de Cr2O3. O estudo termogravimétrico desse aço em uma termobalança SETARAM, com sensibilidade de O5μg, nas temperaturas de 750 e 800°C, em ar, mostrou que a cinética de crescimento do filme de óxido segue uma lei parabólica, conforme observado por outros autores em temperaturas mais elevadas. De acordo com a teoria da oxidação de Wagner, o crescimento de um filme de óxido protetor segundo uma lei parabólica indica que a oxidação é controlada pela difusão iônica, ou seja do cromo e/ou do oxigênio, através do filme. Para verificar o papel da difusão iônica sobre o crescimento do filme de Cr2O3 pela oxidação do aço AISI 439, foram realizadas medidas de coeficientes de difusão do cromo, do oxigênio e do ferro em filmes de óxidos, entre 750 e 900°C, em ar. A difusão do oxigênio foi realizada por meio do método da troca isotópica utilizando o isótopo 18O como traçador do oxigênio. As difusões do cromo e do ferro foram realizadas utilizando-se como traçadores os isótopos estáveis 54Cr e 57Fe, respectivamente. Filmes finos desses isótopos metálicos foram depositados sobre a superfície do aço previamente oxidada pela técnica de evaporação com feixe de elétrons, sob vácuo. Para todas as experiências de difusão, os perfis de difusão foram determinados por espectrometria de massa de íons secundários (secondary íon mass spectrometry – SIMS). Os resultados mostram que as difusividades do oxigênio são maiores do que as difusividades do cromo nos filmes de óxidos formados sobre o aço AISI 439, nas mesmas condições experimentais. Tanto as difusividades do cromo quanto a do oxigênio em contornos de grãos são cerca de cinco ordens de grandeza maiores do que as correspondentes difusividades em volume, nas mesmas condições experimentais, o que mostra que os contornos de grãos são as vias preferenciais para a difusão iônica nos filmes de óxidos formados sobre o aço AISI 439. Utilizando as difusividades iônicas medidas neste trabalho, e de acordo com a teoria de Wagner, a taxa de oxidação do aço AISI 439 é controlada não somente pela difusão do oxigênio da atmosfera em direção à interface metal/óxido, mas também pela difusão do cromo do substrato metálico em direção à interface óxido/atmosfera, com a difusão do oxigênio desempenhando o papel principal na cinética de crescimento do filme.pt_BR
dc.description.abstractenThe AISI 439 ferritic stainless steel is resistant to oxidation at high temperatures due to the formation of a protective surface film of Cr2O3. The thermogravimetric study of this steel in a SETARAM thermobalance with a sensitivity of O5μg, at temperatures of 750 and 800°C in air, showed that the oxide film growth kinetics follows a parabolic law, as observed by other authors at higher temperatures. According to Wagner's theory of oxidation, the growth of a protective oxide film according to a parabolic law indicates that the oxidation is controlled by the ionic diffusion, thus from the chromium and/or oxygen through the film. To verify the role of the ionic diffusion on the growth of the Cr2O3 film by the oxidation of AISI 439, measures of the diffusion coefficients of chromium, oxygen and iron in oxide films between 750 and 900°C, were carried out in air. The diffusion of oxygen was performed by means of the isotopic exchange method using the 18O isotope as a tracer for the oxygen. The chromium and iron diffusions were performed using as tracers the isotopes 54Cr and 57Fe, respectively. Thin films of these metallic isotopes were deposited over the surface of the previously oxidized steel by technique of electron beam evaporation, under vacuum. For all diffusion experiments, the diffusion profiles were determined by secondary ion mass spectrometry - SIMS. The results show that the diffusivities of oxygen are greater than the diffusivity of chromium in oxide films formed on the steel AISI 439, under the same experimental conditions. Both the chromium and oxygen diffusivities in grain boundaries are about five orders of magnitude greater than the corresponding volume diffusivities under the same experimental conditions, showing that the grain boundaries are the preferred ways for the ion diffusion in the oxide films formed on the AISI 439 steel. Using the ionic diffusivities measured in this work and according to the Wagner’s theory, the oxidation rate of AISI 439 is controlled not only by the diffusion of oxygen from the atmosphere toward the metal/oxide interface, but also by the diffusion of chromium from the metallic substrate toward the interface oxide/atmosphere, with the oxygen diffusion playing a leading role in the film growth kinetics.
dc.identifier.citationMALHEIROS, Emiliane Advíncula. Estudo experimental das difusões do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos formados pela oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 439. 2014. 147 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2014.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/5711
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 10/06/2014 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.pt_BR
dc.titleEstudo experimental das difusões do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos formados pela oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 439.pt_BR
dc.typeTesept_BR
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