Determinação experimental das difusividades do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos e verificação da sua relação com a oxidação de uma liga modelo Fe-15%Cr.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Souza, João Nepomuceno Veiga de
Orientador(a): Sabioni, Antônio Claret Soares, Ji, Vincent
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Oxidação
Oxigênio - difusão
Ferro - difusão
Link de acesso: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6582
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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spelling Souza, João Nepomuceno Veiga deSandim, Hugo Ricardo ZschomlerSoares, Demétrio Arthur WernerFerraz, Wilmar BarbosaSabioni, Antônio Claret SoaresJi, Vincent2016-07-21T19:43:08Z2016-07-21T19:43:08Z2016SOUZA, João Nepomuceno Veiga de. Determinação experimental das difusividades do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos e verificação da sua relação com a oxidação de uma liga modelo Fe-15%Cr. 2016. 133 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6582Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.Neste trabalho, foram medidas as difusividades do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos formados por oxidação térmica na superfície de uma liga modelo Fe-15%Cr entre 750 e 900ºC, em atmosfera de ar sintético. Os experimentos de difusão do oxigênio foram realizados em forno tubular na faixa de temperatura entre 750 e 900ºC pelo método da troca isotópica, utilizando-se o isótopo 18O como traçador do oxigênio, numa atmosfera de 18 2 Ar + 21% O . Os experimentos de difusão do cromo, entre 750 e 900ºC, e do ferro, entre 750 e 850ºC, foram realizados utilizando-se, respectivamente, o 54Cr e o 57Fe , como traçadores do cromo e do ferro, que foram depositados na superfície da amostra, por evaporação, utilizando um feixe de elétrons sob vácuo. Após os tratamentos térmicos de difusão, os perfis de difusão dos traçadores 18O , 54Cr e do 57Fe foram estabelecidos por Espectrometria de Massa de Íons Secundários (SIMS) e os coeficientes de difusão efetivos foram determinados utilizando soluções apropriadas da segunda lei de Fick. Os valores dos coeficientes de difusão em volume e em contornos de grãos foram determinados utilizando-se a equação de Le Claire para cinética de difusão intergranular do tipo B e a equação de Hart. Os resultados mostram que as difusividades do oxigênio, em volume, efetivas e em contornos de grãos são mais baixas do que as correspondentes difusividades do cromo e do ferro, enquanto que as difusividades do ferro são maiores do que as do cromo. Os coeficientes de difusão em contornos de grãos, do oxigênio, do cromo e do ferro, são de 104 a 105 ordens de magnitude maiores do que os correspondentes em volume, mostrando que os contornos de grãos são vias rápidas para a difusão desses elementos em filmes de óxidos formados sobre a liga Fe-15%Cr. Como conseqüência, a taxa de oxidação da liga é controlada, principalmente, pela difusão em contornos de grãos. As constantes de oxidação parabólicas foram calculadas pela Teoria de Wagner utilizando-se os coeficientes de difusão do cromo e do oxigênio medidas neste trabalho e os resultados são próximos aos obtidos experimentalmente num trabalho prévio, assumindo que a difusão ocorre em regime extrínseco. A comparação dessas constantes de oxidação mostra que a difusividade do cromo é mais importante que a do oxigênio, sendo alta o suficiente para manter a taxa de oxidação da liga.Oxygen, chromium and iron ion diffusivities were studied in thermally grown natural chromia films on a model Fe-15%Cr alloy in an atmosphere of synthetic air, between 750 and 900ºC. The oxygen ions diffusion experiments were performed in a tubular furnace between 750 and 900ºC by means of the isotopic exchange method using the stable isotope 18O as a tracer for the oxygen, in 18 2 Ar + 21% O atmosphere. The chromium ions diffusion experiments between 750 and 900ºC and iron diffusion experiments between 750 and 850ºC were performed using as a tracer the isotopes 54Cr and 57Fe , respectively, that were deposited on the oxidized surface of Fe-15%Cr alloy by electron-bean evaporation under vacuum. After the diffusion annealing, the depth diffusion profiles of the tracers 18O, 54Cr and 57Fe were determined by Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) and the effective diffusion coefficients for all experiments were computed using a solution for Fick’s second law. The bulk and grainboundaries diffusion coefficients were computed by using Le Claire’s equation for type B intergranular diffusion and Hart’s relationship. The results show that oxygen bulk, effective and grain-boundary diffusivities are lower than the corresponding chromium or iron diffusivities, while the iron diffusivities are greater than the chromium ones. The grainboundary diffusion coefficients vary from 104 to 105 orders of magnitude greater than the corresponding in volume coefficients, showing that grain-boundary is a faster path for oxygen, chromium and iron ion diffusion in chromia films grown on the Fe-15%Cr alloy. Therefore, the oxidation rate of Fe-15%Cr alloy is mainly controlled by grain-boundary ion diffusion. Parabolic oxidation constants calculated as a function of oxygen and chromium diffusion coefficients, using Wagner’s Theory, are close to the experimental ones, assuming that ion diffusion in our studied alloy occur in an extrinsic regime. Comparison of calculated and experimental parabolic constants showed that chromium ion diffusion plays the main role on the oxidation of the Fe-15%Cr alloy, being sufficiently large to maintain the oxidation rate of the alloy.Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 06/07/2016 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.info:eu-repo/semantics/openAccessOxidaçãoOxigênio - difusãoFerro - difusãoDeterminação experimental das difusividades do oxigênio, do cromo e do ferro em filmes de óxidos e verificação da sua relação com a oxidação de uma liga modelo Fe-15%Cr.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOPLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8924http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/6582/2/license.txt62604f8d955274beb56c80ce1ee5dcaeMD52ORIGINALTESE_DeterminaçãoExperimentalDifusividades.pdfTESE_DeterminaçãoExperimentalDifusividades.pdfapplication/pdf10660643http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/6582/1/TESE_Determina%c3%a7%c3%a3oExperimentalDifusividades.pdfa39cc2dbd3b480e7e58c8e9cad39e67bMD51123456789/65822019-09-19 11:54:08.236oai:localhost:123456789/6582RGVjbGFyYcOnw6NvIGRlIGRpc3RyaWJ1acOnw6NvIG7Do28tZXhjbHVzaXZhCgpPIHJlZmVyaWRvIGF1dG9yOgoKYSlEZWNsYXJhIHF1ZSBvIGRvY3VtZW50byBlbnRyZWd1ZSDDqSBzZXUgdHJhYmFsaG8gb3JpZ2luYWwgZSBxdWUgZGV0w6ltIG8gZGlyZWl0byBkZSBjb25jZWRlciBvcyBkaXJlaXRvcyBjb250aWRvcyBuZXN0YSBsaWNlbsOnYS4gRGVjbGFyYSB0YW1iw6ltIHF1ZSBhIGVudHJlZ2EgZG8gZG9jdW1lbnRvIG7Do28gaW5mcmluZ2UsIHRhbnRvIHF1YW50byBsaGUgw6kgcG9zc8OtdmVsIHNhYmVyLCBvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBxdWFscXVlciBwZXNzb2Egb3UgZW50aWRhZGUuCgpiKVNlIG8gZG9jdW1lbnRvIGVudHJlZ3VlIGNvbnTDqW0gbWF0ZXJpYWwgZG8gcXVhbCBuw6NvIGRldMOpbSBvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvciwgZGVjbGFyYSBxdWUgb2J0ZXZlIGF1dG9yaXphw6fDo28gZG8gZGV0ZW50b3IgZG9zIGRpcmVpdG9zIGRlIGF1dG9yIHBhcmEgY29uY2VkZXIgw6AgVW5pdmVyc2lkYWRlIEZlZGVyYWwgZGUgT3VybyBQcmV0by9VRk9QIG9zIGRpcmVpdG9zIHJlcXVlcmlkb3MgcG9yIGVzdGEgbGljZW7Dp2EgZSBxdWUgZXNzZSBtYXRlcmlhbCwgY3Vqb3MgZGlyZWl0b3Mgc8OjbyBkZSB0ZXJjZWlyb3MsIGVzdMOhIGNsYXJhbWVudGUgaWRlbnRpZmljYWRvIGUgcmVjb25oZWNpZG8gbm8gdGV4dG8gb3UgY29udGXDumRvcyBkbyBkb2N1bWVudG8gZW50cmVndWUuCgpjKVNlIG8gZG9jdW1lbnRvIGVudHJlZ3VlIMOpIGJhc2VhZG8gZW0gdHJhYmFsaG8gZmluYW5jaWFkbyBvdSBhcG9pYWRvIHBvciBvdXRyYSBpbnN0aXR1acOnw6NvIHF1ZSBuw6NvIGEgVUZPUCwgZGVjbGFyYSBxdWUgY3VtcHJpdSBxdWFpc3F1ZXIgb2JyaWdhw6fDtWVzIGV4aWdpZGFzIHBlbG8gY29udHJhdG8gb3UgYWNvcmRvLgoKRepositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufop.br/oai/requestrepositorio@ufop.edu.bropendoar:32332019-09-19T15:54:08Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)false
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