Aço API 5CT P110 revestido com cobalto ou níquel por HVOF : resistência à corrosão e mapeamento por microimpressão aplicada no estudo da proteção contra fragilização por hidrogênio

Abstract

Revestimentos aspergidos termicamente se mostraram como uma opção promissora para proteção contra a fragilização por hidrogênio de materiais. No entanto, os mecanismos de aprisionamento de hidrogênio na camada aspergida ainda são desconhecidos. Além disso, a obtenção de revestimentos que propiciem uma proteção completa em componentes, contra a fragilização por hidrogênio e corrosão, é um desafio a ser alcançado. Neste trabalho, revestimentos de níquel e cobalto obtidos por HVOF foram estudados visando a proteção contra a fragilização por hidrogênio e a resistência à corrosão do aço API 5CT P110. A técnica de microimpressão foi aplicada nos revestimentos para determinação dos mecanismos de aprisionamento de hidrogênio. Esta técnica permite uma observação direta dos locais de aprisionamento de hidrogênio na microestrutura, tendo sido usada para elucidar o comportamento de hidrogênio na microestrutura de diversos materiais. Este é o primeiro trabalho onde a microimpressão é aplicada em revestimentos aspergidos. Também foram realizados ensaios de quantificação em massa de hidrogênio e ensaios de tração com introdução forçada de hidrogênio, para avaliação do efeito barreira dos revestimentos. Ensaios de corrosão foram realizados em NaCl 3,5 wt.% variando-se a espessura de camada e a rugosidade superficial dos revestimentos de níquel e cobalto. A realização destes ensaios propicia uma avaliação mais completa do desempenho dos revestimentos frente a corrosão e suas condições ideais de uso em serviço. Resultados mostraram que a espessura de camada é um fator mais determinante do que a rugosidade superficial no desempenho dos revestimentos frente à corrosão. Com relação à fragilização por hidrogênio, resultados mostraram que os revestimentos atuaram como barreira à passagem de hidrogênio, com alta capacidade de absorção de hidrogênio. Análises de microimpressão revelaram que o hidrogênio fica aprisionado de forma heterogênea ao longo da secção transversal, tendendo a se acumular junto a imperfeições e em interfaces entre passes na camada do revestimento. O uso da aspersão térmica contra a entrada de hidrogênio se confirma como potencial neste estudo. Além disso, o sucesso na aplicação da técnica de microimpressão na determinação dos sítios de aprisionamento de hidrogênio em camadas aspergidas revela o potencial da técnica para desvendar o comportamento de hidrogênio em revestimentos e materiais com microestrutura diferente dos metais sólidos convencionais.

Thermally sprayed coatings have shown to be a promising option for protection against hydrogen embrittlement of materials. However, the mechanisms of entrapment of hydrogen in the sprayed layer are still unknown. In addition, obtaining coatings that provide complete component protection against hydrogen embrittlement and corrosion is a challenge to be achieved. In this work, nickel and cobalt coatings obtained by HVOF were studied aiming the protection against hydrogen embrittlement and the corrosion resistance of API 5CT P110 steel. The microprint technique was applied to coatings to determine the mechanisms of hydrogen trapping. This technique allows a direct observation of the hydrogen trapping sites in the microstructure and is used to elucidate the hydrogen behavior in the microstructure of several materials. This is the first work where microprinting is applied on sprayed coatings. Hydrogen mass quantification tests and tensile tests with forced introduction of hydrogen were also carried out to evaluate the barrier effect of the coatings. Corrosion tests were performed in 3.5 wt.% NaCl by varying the layer thickness and surface roughness of nickel and cobalt coatings. The performance of these tests provides a more complete assessment of the performance against corrosion of the coatings and their ideal conditions of use in service. Results showed that the layer thickness is a more determining factor than the surface roughness in the performance of coatings against corrosion. With respect to hydrogen embrittlement, results showed that the coatings acted as a barrier to the passage of hydrogen, with a high capacity of hydrogen absorption. Microprint analyses revealed that hydrogen is entrapped heterogeneously along the cross section, tending to accumulate along with imperfections and at interfaces between passes in the coating layers. The potential of the use of thermal spraying against the hydrogen inlet is confirmed in this study. In addition, the successful application of the microprint technique in the determination of hydrogen trapping sites in sprayed layers reveals the potential of the technique to unravel the hydrogen behavior in sprayed coatings and in materials with microstructure different from conventional solid metals.