Et kappløp om Norge?

O carboneto mais frequentemente utilizado para resistir ao desgaste abrasivo é o carboneto de tungstênio, que possui dureza em torno de 1.900 a 2.100 HV, e é disperso em uma matriz tenaz de cobalto, conseguindo desta forma conciliar uma elevada dureza com uma razoável tenacidade. Recobrimentos de carboneto de tungstênio depositados por processos de alta velocidade apresentam uma elevada resistência ao desgaste por escorregamento, por martelamento, abrasão ou “fretting” (arranhamento). Desta forma estes recobrimentos têm sido amplamente utilizados em aplicações industriais que atendem da indústria aeroespacial a muitas outras indústrias.(22)

Recobrimentos de carboneto de tungstênio/cobalto são muito complexos em relação às transformações de fase, sendo que carbonetos primários, carbonetos subestequiométricos, fases eta e óxidos são conhecidos como fases presentes em recobrimento na forma como depositados. O diagrama de fases para o carboneto de tungstênio apresenta dois carbonetos, WC e W2C e as medidas de dureza são afetadas por questões de qual carboneto foi medido; recentemente os resultados indicam valores próximos a 1.500 HV para W2C e próximos de 2.000 HV para WC; o WC é estável no ar a temperaturas inferiores a 700°C (27)_.

Em recobrimentos de WC-Co, o monocarboneto de tungstênio (WC) é a fase de carboneto tribologicamente mais desejável (28). Entretanto, devido à alta temperatura do processo de aspersão a plasma, podem ocorrer reações que convertam o WC a outros carbonetos secundários, especialmente na presença

de oxigênio. A descarbonetação do WC para formar W2C, W2(C,O), CoxWyCz e outras fases complexas pode ser prejudicial na maioria das aplicações que exijam alta resistência ao desgaste. Há evidências de que alguns carbonetos secundários formados não são estáveis a temperaturas abaixo de cerca de 1.250°C. A solidificação rápida durante o processamento gera, então, fases amorfas e metaestáveis que podem ser frágeis. Dentre as fases geradas devido a descarbonetação do WC, a mais prejudicial é a W2C, por ser a mais frágil. Nerz (29) mostrou em seu trabalho que o desempenho de recobrimentos de WC-Co em relação ao desgaste foi mais satisfatório com o aparecimento de fases CoxWyCz e o desaparecimento de W2C, que surgiram e desapareceram após um tratamento térmico realizado. As fases CoXWyCz foram provenientes da cristalização do material amorfo que existia no recobrimento antes do tratamento térmico.

O mecanismo provável de formação para as fases eta, compostas de carbonetos complexos de tungstênio e cobalto, envolvem a redução dos carbonetos de WC para W2C e subsequentes transformações de fases; a fase W2C é metaestável a altas temperaturas e será transformada em fase eta desde que um tempo suficiente e uma temperatura adequada estejam disponíveis (23) _.

Enquanto aspergido termicamente, principalmente quando depositadas por APS (processo no qual a quantidade de calor fornecida ao pó é superior), as partículas de WC são descarbonetadas através da seguinte reação:

2 WC + ∆Q W2C +C

O carbono livre liberado desta reação pode ser inteiramente eliminado por oxidação. A perda de carbono e a deficiência em cobalto no recobrimento indicam que o carbono foi perdido através de uma reação progressiva de

oxidação:

2 WC + ½ O2 + ∆Q W2C + CO

W2C + ½ O2 + ∆Q 2 W + CO

O carbono livre também reage com o cobalto e rapidamente solidifica-se, resultando na presença de fases amorfas no recobrimento. Estas fases são muito duras e frágeis.

As reações mencionadas anteriormente influenciam negativamente as propriedades do recobrimento. Portanto, quando se comparam as duas principais propriedades físicas do HVOF em relação ao plasma (temperatura e velocidade), observa-se que o recobrimento WC-Co obtido por HVOF apresenta menor oxidação do recobrimento e consequentemente a melhores propriedades do que as observadas em revestimentos processados por plasma atmosférico (14)_{. Na mesma linha de raciocínio, observa-se que o} processo HVOF apresenta melhores propriedades para os recobrimentos quando se utiliza propano ao invés do propileno tão amplamente utilizado (30)_.

A utilização do carboneto de tungstênio de forma dispersa em uma matriz de cobalto deve-se ao objetivo de que sua alta dureza seja adequadamente combinada com um nível razoável de tenacidade para que possa ser garantida uma elevada resistência ao desgaste.

Normalmente, o carboneto de tungstênio não é selecionado como um recobrimento apropriado para a resistência à corrosão, no entanto, torna-se extremamente interessante para a utilização em meios corrosivos quando se é requerida uma alta dureza e uma elevada resistência ao desgaste e a abrasão. Considerando-se apenas a resistência à corrosão, muitos materiais cerâmicos e mesmo metais representam melhores escolhas que o WC-Co, mas quando a

resistência ao desgaste também é necessária o carboneto de tungstênio passa a ser uma ótima opção(27)_.

A resistência à corrosão apresentada pelo carboneto de tungstênio é baseada em dois comportamentos muito distintos: o da matriz de cobalto, que apresenta uma baixa resistência à corrosão e a oxidação, e o do WC que apresenta uma excelente resistência à corrosão e uma boa resistência à oxidação. Matrizes alternativas, como níquel, apresentam uma melhoria na resistência à corrosão em relação ao cobalto e são também utilizadas apesar de sua menor dureza e resistência mecânica inferior. A adição de níquel à matriz, usualmente de cobalto, ou a substituição total do cobalto sempre aumentará a resistência ao desgaste corrosivo. Havendo, entretanto, um sacrifício na resistência mecânica, na dureza e na resistência ao desgaste. A adição de cromo também é utilizada para o aumento da resistência à corrosão (27).

As principais aplicações para carbonetos, na realidade, envolvem ambientes intrinsecamente corrosivos. Por exemplo, uma das principais utilizações de WC-Co é para ferramentas e equipamentos de corte, nos quais um grande aquecimento é gerado, considerando-se ou não a utilização de refrigerantes. No caso da utilização de lubrificantes refrigerantes, o ataque corrosivo do refrigerante, também, é um fator a ser considerado no desempenho da ferramenta.

O WC-Co é razoavelmente resistente à corrosão atmosférica a temperaturas de até aproximadamente 650 a 700°C, sendo que componente que é afetado mais rapidamente é o WC, o qual oxida a WO3. Em meio oxidante, a temperatura limite é inferior e uma rápida deterioração ocorrerá a ≈ 500°C.(27)