Vanádio versus cromo em sistemas de revestimento por spray térmico

Introdução

Os sistemas de revestimento por spray térmico protegem os componentes contra corrosão e desgaste. O vanádio e o cromo são os principais componentes desses revestimentos e têm propriedades diferentes, que afetam seu comportamento em condições extremas. Neste artigo, veremos como o vanádio é diferente do cromo.

Visão geral das propriedades do material

O vanádio é um metal dúctil e leve. Sua densidade é de cerca de 6,0 gramas por centímetro cúbico, menor que a do cromo, que é de cerca de 7,2 gramas por centímetro cúbico. O vanádio derrete a cerca de 1910°C. O metal tem uma boa combinação de resistência e tenacidade. Sua microestrutura, na maioria dos casos, mantém revestimentos duros com alguma ductilidade.

O cromo tem um ponto de fusão de cerca de 1907°C. O cromo é um metal extremamente duro e resistente à corrosão. Seu óxido forma uma camada protetora que impede que as superfícies metálicas sofram mais corrosão. Em aplicações de spray térmico, o cromo produz revestimentos que são duradouros e robustos. Seu comportamento em aplicações de alta temperatura é muito confiável.

Os resultados de vários estudos indicam que, como matéria-prima de spray térmico, o vanádio tenderia a criar revestimentos resistentes ao desgaste com uma densidade menor. Enquanto isso, os revestimentos de cromo seriam um pouco mais espessos, com uma estrutura extremamente lisa e uniforme. Isso se torna fundamental para decidir qual o melhor material para atender a um determinado uso industrial.

Considerações sobre o processamento de spray térmico

O processo de pulverização térmica se baseia na fusão de uma matéria-prima em pó e no sopro sobre uma superfície. Nesse caso, as características físicas da matéria-prima são importantes. As partículas de vanádio podem ser derretidas mais facilmente em alguns sistemas. Elas são menos propensas à oxidação prematura. No entanto, é preciso ter cuidado para não aplicar uma temperatura de chama muito alta.

Os pós de cromo também precisam ser cuidadosamente controlados. Eles são mais propensos a formar uma camada de óxido antes de atingir o substrato. Essa camada de óxido pode promover ou impedir a adesão do revestimento, dependendo dos parâmetros do processo. Os operadores geralmente ajustam o tamanho da partícula e a energia cinética para melhorar a qualidade do revestimento para ambos os metais.

O controle da temperatura e a distância de pulverização são fatores importantes. Na prática, os técnicos usam condições de processo que mantêm a temperatura ideal. Eles usam fluxos de gás calibrados e velocidades de partículas. Por exemplo, uma temperatura de chama de cerca de 2500°C e uma distância de pulverização controlada podem ajudar a gerar um revestimento uniforme com menos óxidos em ambos os metais. Esses fatores ajudam a garantir um desempenho mais previsível quando o revestimento é colocado em serviço.

Comparação de desempenho

O vanádio e o cromo têm seus próprios benefícios quando utilizados no revestimento por spray térmico. Os revestimentos de vanádio normalmente são bons em resistência ao desgaste. Eles funcionam muito bem em aplicações em que a superfície entra em contato com a erosão causada por partículas ou respingos de líquidos. Em testes de laboratório, foi demonstrado que os revestimentos de vanádio reduzem o desgaste em até 20% em comparação com superfícies não revestidas.

Os revestimentos de cromo geralmente oferecem melhor resistência à corrosão e são preferidos em aplicações em que a umidade e os produtos químicos agressivos destroem o substrato. Os revestimentos de cromo resistem ao teste do tempo quando aplicados a componentes em fornos industriais ou ferragens marítimas. Os testes de desempenho indicam que a camada protetora de óxido de cromo pode reduzir as taxas de corrosão em até 30% sob condições severas.

O desempenho relativo dos revestimentos depende do substrato e do ambiente. Em caso de alto atrito, o vanádio pode reduzir o estresse térmico. Para resistência química sob exposição prolongada a ácidos, o cromo continua sendo uma excelente opção. Com o conhecimento do desempenho de cada metal, é possível fazer uma escolha prática.

Aplicações industriais

As indústrias escolhem esses metais com base nos problemas que enfrentam diariamente. Os revestimentos de vanádio são comuns nos setores em que o desgaste é a principal preocupação. Por exemplo, peças de turbinas hidráulicas, ferramentas de corte e dispositivos de alto desgaste geralmente apresentam revestimentos de spray térmico de vanádio. Nos componentes automotivos e aeroespaciais, o peso mínimo e a resistência aceitável ao desgaste são algumas das principais preocupações.

Os revestimentos de cromo encontram aplicação em ambientes corrosivos. As aplicações típicas incluem peças para fábricas de produtos químicos, equipamentos marítimos e peças de fornos em temperaturas elevadas. Na maioria dos casos, a formação de uma película de óxido estável de cromo melhora a vida útil da peça em ambientes agressivos. Ambos os metais também foram utilizados em lâminas de turbinas e compressores industriais em que a confiabilidade é uma preocupação.

Engenheiros e técnicos se referem a estudos de caso em que os revestimentos de vanádio reduziram o tempo de inatividade devido ao desgaste abrasivo. Em aplicações semelhantes, os revestimentos de cromo reduziram os custos de manutenção por meio da resistência à corrosão. Essas lições detalhadas de muitas aplicações do mundo real permitiram que os setores combinassem as propriedades dos materiais com requisitos específicos.

Tabela de comparação

Para obter mais informações, consulte aStanford Advanced Materials (SAM).

Conclusão

Tanto o cromo quanto o vanádio oferecem atributos positivos aos sistemas de revestimento por aspersão térmica. O vanádio é um metal leve com excelente resistência ao desgaste, adequado para componentes mecânicos e para reduzir o atrito. O cromo tem boa resistência à corrosão com uma superfície lisa e dura. Sua escolha dependerá das necessidades específicas da aplicação e do ambiente.

Perguntas frequentes

F: Qual é o benefício dos revestimentos de vanádio?

P: Eles oferecem excelente resistência ao desgaste em ambientes abrasivos.

F: Como o cromo ajuda em ambientes corrosivos?

P: Ele forma uma camada protetora de óxido que reduz a corrosão.

F: Quais setores normalmente usam esses revestimentos de spray térmico?

P: Setores como o automotivo, aeroespacial e de processamento químico utilizam esses revestimentos.