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Tipo do documento: Tese
Título: Caracterização de TiCN para aplicação em revestimentos de elevada dureza em alternativa ao revestimento metálico
Título(s) alternativo(s): Characterization of TiCN for application in high hardness coatings as an alternative to metallic coating
Autor: Silva, Vinicio Coelho da 
Primeiro orientador: Pimenta, André Rocha
Primeiro coorientador: Diniz, Marília Garcia
Primeiro membro da banca: Baêta Júnior, Eustáquio de Souza
Segundo membro da banca: Perez, Geronimo
Terceiro membro da banca: Freitas, Renato Pereira de
Resumo: Os revestimentos são uma solução de engenharia eficaz para aprimorar as superfícies de materiais que enfrentam condições severas de desgaste, corrosão, erosão, deterioração térmica e outros fenômenos de degradação superficial. Este trabalho estudou um material compósito cerâmico para ser utilizado como revestimento de elevada dureza, em alternativa aos revestimentos metálicos já existentes na engenharia. O Carbonitreto de Titânio (TiCN) foi escolhido para o desenvolvimento da pesquisa e caracterizado em sua forma pura e também com adição de 0,5% de nanopartículas de grafeno, após sinterização em três temperaturas diferentes (1600°C, 1700°C e 1800°C). Foram realizados os procedimentos de lixamento, polimento, microscopia ótica (MO), processamento digital de imagens (PDI), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difração de raios-X (DRX), espectroscopia Raman e ensaio de microdureza Vickers (HV). Por sua vez, o revestimento metálico já existente e escolhido para análise comparativa, uma liga de Fe–Cr-B-Mn depositada por meio de aspersão térmica (AT) em um substrato metálico, foi caracterizado por meio de ensaio de erosão, microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e ensaio de rugosidade. Ambos os materiais foram, então, submetidos ao ensaio de desgaste Pino-Sobre-Disco e analisados via microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O TiCN sinterizado na temperatura mais elevada, de 1800°C, apresentou o melhor desempenho no ensaio de desgaste dentre todos os corpos-de-prova testados, de ambos os materiais. Tanto em sua versão pura quanto com adição de grafeno, ele apresentou perda desprezível de massa e de espessura. Seu desempenho foi discretamente superior ao do revestimento metálico que, por sua vez, apresentou uma pequena perda de espessura. As análises EDS e DRX corroboraram a composição química do TiCN. As imagens de MO e MEV mostraram que a porosidade do TiCN apresentava diminuição de acordo com o aumento da temperatura de sinterização nas amostras puras, enquanto que a adição de nanopartículas de grafeno apresentou benefícios na densificação somente nos corpos-de-prova sinterizados a partir de 1800°C. A análise de microdureza mostrou que este TiCN sinterizado à temperatura de 1800°C apresentou maior dureza, de 2100 HV, em decorrência da maior densificação e menor porosidade. A presença de poros neste grupo de amostras foi de 6,65% para a amostra pura, e 3,90% para o corpo-de-prova com adição de grafeno. Ambos os valores são inferiores à porosidade apresentada pelo revestimento metálico Fe–Cr-B-Mn obtido por AT, de 14,9%. Este revestimento apresentou também microdureza de 754 HV, inferior à aquelas apresentadas pelas amostras A1, B1 e C1 do TiCN.
Abstract: Coatings are an effective engineering solution to improve the surfaces of materials that face severe conditions of wear, corrosion, erosion, thermal deterioration and other surface degradation phenomena. This work studied a ceramic composite material to be used as a high-hardness coating, as an alternative to the metallic coatings already existing in engineering. Titanium Carbonitride (TiCN) was chosen for the development of the research and characterized in its pure form and also with the addition of 0.5% graphene nanoparticles, after sintering at three different temperatures (1600°C, 1700°C and 1800°C). The procedures of sanding, polishing, optical microscopy (OM), digital image processing (DIP), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and Vickers microhardness test (HV) were performed. In turn, the existing metallic coating chosen for comparative analysis, a Fe–Cr-B-Mn alloy deposited by thermal spraying (TA) on a metallic substrate, was characterized by erosion testing, optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and roughness testing. Both materials were then subjected to the Pin-on-Disc wear test and analyzed by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The TiCN sintered at the highest temperature, 1800°C, showed the best performance in the wear test among all the specimens tested, of both materials. Both in its pure version and with the addition of graphene, it showed negligible loss of mass and thickness. Its performance was slightly superior to that of the metallic coating, which, in turn, showed a small loss of thickness. The EDS and XRD analyses corroborated the chemical composition of the TiCN. The MO and SEM images showed that the porosity of TiCN decreased with increasing sintering temperature in the pure samples, while the addition of graphene nanoparticles presented benefits in densification only in the specimens sintered from 1800°C. The microhardness analysis showed that this TiCN sintered at a temperature of 1800°C presented higher hardness, 2100 HV, due to higher densification and lower porosity. The presence of pores in this group of samples was 6.65% for the pure sample, and 3.90% for the specimen with graphene addition. Both values are lower than the porosity presented by the Fe–Cr-B-Mn metallic coating obtained by AT, of 14.9%. This coating also presented microhardness of 754 HV, lower than those presented by TiCN samples A1, B1 and C1.
Palavras-chave: Engenharia mecânica
Revestimento em cerâmica
Revestimento em metal
Resistência de materiais
Porosidade
Aspersão térmica
Mechanical engineering
Ceramic coating
Metal coating
Strength of materials
Porosity
Metal spraying
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Citação: SILVA, Vinicio Coelho da. Caracterização de TiCN para aplicação em revestimentos de elevada dureza em alternativa ao revestimento metálico. 2024. 193 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23407
Data de defesa: 17-Dez-2024
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Mecânica



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