AVALIAÇÃO DA ADESÃO DE REVESTIMENTOS OBTIDOS ATRAVÉS DA TÉCNICA DE ASPERSÃO TÉRMICA PELO MÉTODO DE INDENTAÇÃO INTERFACIAL

Abstract

This study evaluated the interfacial adhesion between SAE 1020 carbon steel substrate and three coatings produced by electric arc thermal spraying (FeCoCrNi, FeCr and FeCoCr). The methodology employed the Chicot et al. model applied to the Vickers interfacial indentation test to estimate interfacial fracture toughness. Microstructural characterization was performed by optical microscopy (OM) and scanning electron mi- croscopy (SEM) coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), including image processing for porosity and oxide quantification and crack morphology analysis. Residual stresses were assessed by X-ray diffraction (XRD) in the coating, interface and substrate regions. Hardness (H) was determined by Vickers microhardness (HV), and Young’s modulus (E) was obtained by nanoindentation. The H and E values were used to calculate the (E/H)I ratio in the Chicot/Lesage model. The microstructure exhibited low porosity and reduced oxide content. The apparent interfacial fracture toughness (K), estimated by the Chicot/Lesage model, was 1.05, 1.10 and 1.17 MPa·m¹ᐟ² for FeCoCrNi, FeCr and FeCoCr, respectively, with FeCoCr showing the highest crack propagation resistance. Microhardness ranged from 808 to 978 HV, and Young’s modu- lus from 129 to 183 GPa. Compressive residual stresses up to −240 MPa at the interface contributed to adhesion improvement, corroborating hardness data. Experimental results agreed with numerical simulations performed using the finite element method (FEM) in ANSYS software, with deviations between 1% and 11%, validating the interfacial in- dentation method as a robust tool and, in this case, more representative than ASTM C633 [4] tensile adhesion testing, demonstrating its viability as a simple and cost- effective alternative to the standardized test.

Este trabalho avaliou a adesão interfacial entre um substrato de aço carbono SAE 1020 e três revestimentos produzidos por aspersão térmica por arco elétrico (Fe- CoCrNi, FeCr e FeCoCr). A metodologia empregou o modelo de Chicot et al. aplicado ao ensaio de indentaçãoVickers interfacial para estimar a tenacidade interfacial. A ca- racterização microestrutural foi realizada por microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS), incluindo processamento de imagens para avaliação de porosidade e óxidos e análise do alinhamento e da morfologia das trincas. As tensões residuais foram avalia- das por difração de raios X (DRX) nas regiões de revestimento, interface e substrato. A dureza (H) foi determinada por microdureza Vickers (HV), enquanto o módulo de Young (E) foi obtido por nanoindentação. Os valores de H e E alimentaram a razão (E/H)I do modelo de Chicot/Lesage. A microestrutura apresentou baixa porosidade e re- duzido teor de óxidos. A tenacidade interfacial aparente (K), estimada pelo modelo de Chicot/Lesage, foi de 1,05; 1,10; e 1,17 MPa·m¹ᐟ² para as amostras FeCoCrNi, FeCr e FeCoCr, respectivamente, com a liga FeCoCr exibindo maior resistência à propagação de trincas. A microdureza variou de 808 a 978 HV, e o módulo de Young de 129 a 183 GPa, para as amostras FeCoCrNi, FeCr e FeCoCr, respectivamente. As tensões residu- ais compressivas de até −240 MPa na interface favoreceram a adesão, corroborando os dados de dureza. Os resultados experimentais confirmaram os dados numéricos obtidos por simulação pelo método de elementos finitos (MEF) no software ANSYS, com des- vios entre 1% e 11%, validando o método de indentação interfacial como ferramenta ro- busta e, neste caso, mais representativa que o ensaio referente à norma ASTM C633 (tração direta) [4], demonstrando-se como alternativa viável, simples e econômica ao ensaio ASTM C633 [4].