High-temperature oxidation of novel stainless steels developed using high-entropy alloy design concepts (2025)
- Authors:
- Autor USP: PASSOS, JOÃO GABRIEL DA CRUZ - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SMM
- Subjects: AÇO INOXIDÁVEL; LIGAS METÁLICAS; ENTROPIA; OXIDAÇÃO; ALTA TEMPERATURA
- Keywords: Cinética de oxidação.
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Estudos recentes em ligas de alta entropia (LAEs) encontraram combinações promissoras de propriedades. Um ramo deste campo investiga o espaço entre LEAs (equiatômicas ou quase-equiatômicas) e ligas convencionais (um elemento principal). Aços inoxidáveis convencionais, com múltiplos elementos principais (Fe, Cr, Ni) são candidatos ideais para tal investigação. Neste trabalho, aços inoxidáveis multicomponentes foram desenvolvidos em busca de composições resistentes à oxidação em altas temperaturas. Primeiro, composições promissoras de ligas multicomponente da literatura foram reproduzidas e alteradas de acordo com a necessidade do trabalho. As ligas foram submetidas a ensaios de oxidação em alta temperatura e caracterização microestrutural. As amostras oxidadas neste trabalho foram caracterizadas por difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura equipada com um detector de espectroscopia de raios-X por dispersão de energia (MEV-EDX). Essa técnica também foi usada em seções transversais polidas para analisar a camada de óxido e para caracterizar amostras brutas de fusão. Algumas amostras foram caracterizadas por microanálise de sonda eletrônica (EPMA) e espectroscopia Raman. Os testes de oxidação iniciais demonstraram que o cobre reduzia significativamente a resistência à oxidação, enquanto que o Si era essencial. Baseado nos resultados e na composição de ligas convencionais, um experimento de mistura foi desenvolvido. Uma liga base Fe-Cr-Ni-Co-Si foi definida e o conteúdo de Al e Mo variou de acordo com o planejamento experimental, gerando sete composições. Estas ligas foram sujeitas à caracterização microestrutural, assim como ensaios cíclicos e isotérmicos entre 800 e 1100 °C. Nenhuma interação de interesse entre Al e Mo foi identificada, levando à redução do campo experimental para três composições denominadas B, A e M (liga base, liga base com 2.5 at.% Al e liga base com 2.5 at.% Mo,respectivamente), além de uma liga de referência (AISI 310). A composição das ligas novas foi definida por espectroscopia de emissão ótica (OES). Elas foram sujeitas a análise termogravimétrica (100 h) e ensaios de longa duração (1000 h) a 900 °C em atmosfera de ar e ar com 5 vol.% de vapor de água. A liga A se mostrou significativamente mais resistente à oxidação e à precipitação da fase sigma do que a liga AISI 310. Esta mesma liga apresentou uma menor quantidade de espinélios não protetores contento Fe e Ni e se mostrou mais resistente ao destacamento graças à presença de uma camada semi-contínua de óxido de Al abaixo da camada de crômia. Ela também ganhou muito menos massa do que as demais ligas, com um coeficiente de ganho de massa duas ordens de grandeza inferior. As ligas B e M se mostraram menos resistentes, mas ainda apresentaram comportamento superior ao aço AISI 310. Finalmente, amostras da liga A foram revestidas com Al (formando uma camada de 100 m de espessura) e Cr por pack cementation e sujeitas ao ensaio contendo vapor de água. As camadas não se mostraram resistentes, sofrendo oxidação severa e destacamento. Em geral, o processo de seleção de ligas foi aplicado com sucesso, levando ao desenvolvimento da promissora liga A. Alguns fenômenos, como a oxidação severa do revestimento de Al e o efeito do vapor de água na formação da fase sigma são resultados extra e interessantes que seguem sendo investigados
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 15.04.2025
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ABNT
PASSOS, João Gabriel da Cruz e OSKAY, Ceyhun. High-temperature oxidation of novel stainless steels developed using high-entropy alloy design concepts. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-10062025-150419/. Acesso em: 22 jan. 2026. -
APA
Passos, J. G. da C., & Oskay, C. (2025). High-temperature oxidation of novel stainless steels developed using high-entropy alloy design concepts (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-10062025-150419/ -
NLM
Passos JG da C, Oskay C. High-temperature oxidation of novel stainless steels developed using high-entropy alloy design concepts [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 22 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-10062025-150419/ -
Vancouver
Passos JG da C, Oskay C. High-temperature oxidation of novel stainless steels developed using high-entropy alloy design concepts [Internet]. 2025 ;[citado 2026 jan. 22 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-10062025-150419/
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