Corrosão a quente e comportamento de oxidação cíclica de revestimentos compósitos CoMoCrSi + Cr₃C₂ sobre aço MDN 420 pelo processo de projeção HVOF

Protegendo metais em calor severo

Motores modernos, usinas e caldeiras industriais operam em temperaturas tão altas e em condições corrosivas tão agressivas que suas peças metálicas podem literalmente se degradar com o tempo. Substituir esses componentes é caro e arriscado. Este estudo investiga um revestimento protetor especial, aplicado por projeção sobre um aço de alta resistência comum, que busca impedir que essas peças enferrujem, rachem e se desintegrem quando expostas a calor intenso e depósitos agressivos de sais.

Por que o metal quente se desfaz

Em muitas turbinas, caldeiras e plantas químicas, peças metálicas enfrentam simultaneamente altas temperaturas e produtos químicos corrosivos. O oxigênio do ar forma lentamente camadas de óxidos, enquanto sais fundidos — gerados, por exemplo, por impurezas de combustível contendo sódio e vanádio — podem atacar esses óxidos e abrir caminhos rápidos para danos adicionais. O aço nu exposto a tais condições ganha massa à medida que crescem escalas de óxido espessas e laminadas, e depois perde material quando essas escalas se soltam. Com o tempo, esse ciclo de crescimento e desplacamento leva ao afinamento, ao surgimento de trincas e à falha de componentes críticos.

Uma nova capa resistente para o aço

Os pesquisadores enfocaram o aço MDN 420, um aço inoxidável martensítico usado em aplicações exigentes, e o cobriram com um revestimento compósito feito de cobalto, molibdênio, cromo e silício, reforçado com partículas duras de carbeto de cromo. Usando um maçarico HVOF (oxy-fuel de alta velocidade), pulverizaram esse pó a velocidades supersônicas sobre placas de aço, construindo uma camada densa de cerca de dois décimos de milímetro de espessura. O controle rigoroso do processo de projeção produziu um revestimento com baixa porosidade e uma rugosidade de superfície adequada para resistir ao desgaste. Exames microscópicos mostraram uma estrutura compacta com partículas duras bem distribuídas e apenas pequenas trincas e poros, enquanto testes de dureza revelaram que a superfície revestida era mais de três vezes mais dura que o aço substrato.

Como o revestimento combate calor e sal

Para avaliar a eficácia do revestimento, amostras revestidas e não revestidas foram repetidamente aquecidas a 700 °C e resfriadas, tanto no ar (para testar oxidação) quanto em uma mistura de sulfato de sódio fundido e óxido de vanádio (para testar corrosão a quente). No ar, o revestimento favoreceu o crescimento de camadas finas e contínuas de óxido de cromo e sílica em sua superfície. Essas camadas atuaram como uma pele fechada que retardou a difusão de oxigênio para o interior e selou microfendas entre respingos da projeção. Como resultado, as amostras revestidas ganharam muito menos massa do que o aço nu, indicando muito menos acúmulo de óxidos, e sua taxa de oxidação permaneceu baixa e estável ao longo de 50 ciclos.

O que acontece em um banho de sal

Os testes em sais fundidos foram muito mais agressivos, imitando condições em caldeiras e turbinas movidas a combustível onde compostos de sódio e vanádio podem fundir e umedecer superfícies metálicas quentes. Aqui, o revestimento ainda superou o aço nu: os ganhos de massa e as taxas de corrosão foram dramaticamente menores. No entanto, análises detalhadas mostraram que o sal não ficou simplesmente sobre a superfície. Ele reagiu com óxidos de molibdênio e cromo dentro do revestimento para formar compostos sal-óxido complexos. Essas novas fases, como molibdato de sódio e vanadato de sódio, geraram escalas porosas e facilmente quebráveis. Formaram-se trincas e cavidades à medida que óxidos voláteis de molibdênio evaporavam e a pele protetora se destacava localmente, expondo material fresco a ataques adicionais.

Equilibrando resistência e longa vida útil

No conjunto, o revestimento reduziu substancialmente as taxas de oxidação e de corrosão a quente comparado com o aço MDN 420 nu — suas constantes de taxa medidas foram várias vezes menores. A combinação de uma matriz resistente à base de cobalto, partículas duras de carboneto e óxidos protetores que se formam espontaneamente permite que o aço revestido suporte temperaturas elevadas e sais corrosivos por períodos mais longos. Ainda assim, o estudo também revela os limites dessa proteção: onde reações induzidas por sais e óxidos voláteis criam poros e escalas fracas, o dano se acumula gradualmente. Para um leitor leigo, a conclusão é que revestimentos bem projetados podem agir como uma armadura à prova de fogo e resistente a produtos químicos para peças metálicas quentes, aumentando muito o tempo de operação antes da falha — mas que essa armadura precisa ser aprimorada, por exemplo, selando poros ou ajustando a composição, para resistir aos ambientes mais severos carregados de sal.

Citação: S, S., Prasad, C.D., Kumaraswamy, G.N. et al. Hot corrosion and cyclic oxidation behavior of CoMoCrSi + Cr₃C₂ composite coatings on MDN 420 steel by HVOF spray process. Sci Rep 16, 10677 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45658-z

Palavras-chave: revestimentos para altas temperaturas, corrosão a quente, resistência à oxidação, projeção térmica, proteção de aço inoxidável