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.

Abstract

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.