Na engenharia de superfícies industriais modernas, os rolos revestidos com carboneto de tungstênio são amplamente utilizados em metalurgia, fabricação de papel, processamento de filmes e produção de plásticos devido à sua altíssima dureza, forte resistência ao desgaste e excelente resistência à corrosão. Para linhas de produção que exigem longa vida útil, alta estabilidade e alta resistência ao desgaste, os rolos revestidos com carboneto de tungstênio são componentes-chave praticamente insubstituíveis.
No entanto, muitas empresas, ao tomarem conhecimento de rolos revestidos com carboneto de tungstênio, levantam a seguinte questão:
Já que o carboneto de tungstênio é tão duro, por que não usar simplesmente pó de carboneto de tungstênio puro para a pulverização?
Teoricamente, o carboneto de tungstênio puro, com sua alta dureza, alto ponto de fusão e extrema resistência ao desgaste, parece ideal como material de revestimento. Mas essa intuição está errada. Na realidade, o pó de carboneto de tungstênio puro dificilmente pode ser usado diretamente na projeção térmica e não é utilizado industrialmente emrolos revestidos com carboneto de tungstênio.
A razão não é apenas uma questão técnica, mas também uma limitação decisiva imposta pela estrutura da ciência dos materiais e pelo mecanismo do processo de pulverização.
Este artigo irá guiá-lo através de uma compreensão sistemática de por que o pó composto de carboneto de tungstênio contendo uma fase aglutinante deve ser usado na produção industrial, em vez do pó de carboneto de tungstênio puro.
Por que os rolos de revestimento de carboneto de tungstênio requerem pó composto em vez de carboneto de tungstênio puro?
Antes de entendermos os motivos, vamos revisar as principais características do carboneto de tungstênio:
• Alto ponto de fusão de 2870°C
• Dureza extremamente alta (HRA 90+)
• Alta fragilidade
• A resistência à oxidação depende do ambiente de temperatura.
• Baixo coeficiente de expansão térmica
Embora essas características o tornem resistente ao desgaste, elas também trazem dificuldades significativas ao processo de pulverização.
A fabricação de rolos de revestimento de carboneto de tungstênio baseia-se principalmente em métodos como HVOF (High-Speed Flame Offset), aspersão por plasma ou aspersão explosiva. Embora esses processos envolvam altas temperaturas, elas são insuficientes para fundir completamente as partículas de carboneto de tungstênio puro.
Isso significa:
• Partículas de carboneto de tungstênio puro são difíceis de fundir.
• Incapacidade de formar uma estrutura de revestimento eficaz.
• Dificuldade em obter ligação metalúrgica ou intertravamento mecânico com o substrato.
Portanto, industrialmente, é necessário adicionar uma fase ligante metálica para formar um pó compósito fusível, aderente e depositável, que é a base fundamental para a fabricação bem-sucedida de rolos de revestimento de carboneto de tungstênio.
Quais problemas ocorrem com o pó de carboneto de tungstênio puro durante a pulverização?
Vamos analisar os detalhes técnicos.
Durante a pulverização em alta temperatura, o pó de carboneto de tungstênio puro apresentará os seguintes problemas graves:
1. O pó não derrete completamente.
Embora a temperatura do equipamento de pulverização (aproximadamente 2600–3000°C) seja alta, ainda é insuficiente para fundir completamente o carboneto de tungstênio.
Resultados:
• O pó impacta o substrato em estado sólido.
• Densidade de revestimento extremamente baixa.
• As partículas de pó não se fundem.
• Resistência insuficiente, desprende-se facilmente.
Isso torna praticamente impossível a formação de uma película de carboneto de tungstênio puro no revestimento pulverizado.
2. Incapacidade de formar uma fase de ligação entre as partículas
As estruturas de revestimento requerem uma estrutura "splat,", mas o carboneto de tungstênio puro resulta em:
• Falta de adesão entre as camadas
• Numerosos poros
• Revestimento frágil em geral
Em última análise, isso torna o rolo de revestimento de carboneto de tungstênio completamente inoperável.
Por que o pó de carboneto de tungstênio puro não consegue formar adesão suficiente ao substrato metálico?
Essa é uma das principais razões pelas quais o pó de carboneto de tungstênio puro não é utilizado na indústria.
A diferença nos coeficientes de expansão térmica entre o substrato metálico e o carboneto de tungstênio é significativa.
• Substrato metálico (ex.: aço 45#, aço inoxidável): Alto coeficiente de expansão
• Carboneto de tungstênio: Coeficiente de expansão muito baixo
Isso significa que ocorrerá um estresse severo durante a fase de resfriamento:
• Rachaduras no revestimento
• Descascamento do revestimento
• Delaminação severa
Sem uma fase ligante metálica para regular a tensão térmica, o revestimento não consegue aderir de forma estável.
As fases ligantes metálicas (Co, Ni, NiCr) podem atuar como:
• Camada de buffer
• Canal de alívio do estresse
• "Ponte de ligação"
Criar uma camada de transição estável entre o revestimento pulverizado e o substrato.
Por que o carboneto de tungstênio puro oxida facilmente após a pulverização?
Embora o carboneto de tungstênio seja resistente ao calor, ele fica exposto ao ar, ao oxigênio ou a atmosferas de combustão de alta temperatura durante o processo de pulverização.
Quando a temperatura sobe acima de 600°C, o carboneto de tungstênio irá:
• Oxida-se em WO₃ e CO₂
• Tornam-se quebradiços na superfície da partícula
• Diminuição da estabilidade estrutural
O pó de carboneto de tungstênio puro não possui uma camada protetora e irá:
• Oxida durante o voo
• Reduzir a dureza
• Reduzir a resistência à abrasão
• Descoloração do revestimento e diminuição do desempenho
As fases de ligação metálica podem formar uma barreira protetora ao redor das partículas, reduzindo a taxa de oxidação e garantindo propriedades químicas estáveis do rolo de revestimento de carboneto de tungstênio.
Qual é exatamente o papel da fase ligante metálica no rolo de revestimento de carboneto de tungstênio?
Essa é a questão central.
As fases aglutinantes mais comuns incluem:
• Co (Cobalto)
• Níquel
• NiCr (Níquel-Cromo)
• CoCr (Cobalto-Cromo)
Eles desempenham os seguintes papéis fundamentais no revestimento:
1. Diminuir o ponto de fusão, permitindo que o pó derreta parcialmente.
2. Melhorar a adesão ao substrato e prevenir o descascamento do revestimento.
3. Melhorar a resistência e reduzir o aparecimento de fissuras no revestimento.
4. Resistência à oxidação e melhoria da estabilidade da superfície.
5. Forma uma estrutura de camadas densas, aumentando a resistência geral.
Quanto mais uniforme for a fase ligante metálica, maior será a resistência real ao desgaste do material.rolo revestido de carboneto de tungstênio.
Como o pó composto de carboneto de tungstênio pode melhorar a qualidade dos rolos revestidos com carboneto de tungstênio?
Os pós compostos de carboneto de tungstênio são normalmente produzidos utilizando:
• Granulação por aspersão e sinterização
• Formação de carboneto
• Revestimento mecânico
Esses pós são caracterizados por:
• Tamanho uniforme das partículas
• Estrutura de partícula estável
• Melhor capacidade de fusão
• Distribuição adequada da fase ligante
• Maior resistência ao descascamento
Em última análise, isso resulta em rolos revestidos com carboneto de tungstênio:
• Resistência superior ao desgaste
• Dureza estável (HRA 88–92)
• Baixa porosidade (<1%)
• Alta adesão
• Excelente resistência à corrosão
Tudo isso depende muito da participação de uma fase ligante metálica.
Que defeitos estruturais ocorrerão ao usar carboneto de tungstênio puro para aspersão em alta temperatura?
A utilização de carboneto de tungstênio puro para pulverização resultará nos seguintes defeitos de revestimento:
• Muitos poros (resistência ao desgaste reduzida)
• Muitas rachaduras (vida útil reduzida)
• Descolamento entre camadas (inutilizável)
• Dureza instável
• Oxidação de partículas
• Estrutura áspera
Esses defeitos comprometem seriamente a funcionalidade dos rolos revestidos com carboneto de tungstênio.
Como escolher a proporção de pó mais adequada para rolos revestidos com carboneto de tungstênio?
Recomendado para aplicações industriais em geral:
• WC-10Co-4Cr (combinação clássica)
• WC-12Co (resistência ao desgaste extremamente alta)
• WC-17Co (tenacidade aprimorada)
• Série WC-Ni (principalmente resistência à corrosão)
A formulação em pó deve atender aos seguintes requisitos:
• Requisitos de temperatura
• Tipo de desgaste (erosão, deslizamento, desgaste por atrito)
• Ambiente de lubrificação
• Espessura do revestimento
• Material de substrato
Esses fatores, em conjunto, afetam o desempenho final dos rolos revestidos com carboneto de tungstênio.