Title

DIFUSÃO DO OXIGÊNIO EM FILME DE ÓXIDO DE CROMO FORMADO SOBRE O AÇO INOXIDÁVEL FERRÍTICO AISI 439

OXYGEN DIFFUSION IN CHROMIA OXIDE FILM GROWN ON AISI 439 FERRITIC STAINLESS STEEL

Authorship

Sabioni, Antônio Claret Soares; Malheiros, Emiliane Advíncula; Ji, Vincent; Jomard, François

Sabioni, Antônio Claret Soares

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Malheiros, Emiliane Advíncula

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Ji, Vincent

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Jomard, François

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DOI

10.5151/2594-5327-18362

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Abstract

Aços inoxidáveis apresentam boa resistência à corrosão por oxidação à altas temperaturas devido a formação de um filme superficial de óxido de cromo. Com o objetivo de investigar o papel da difusão do oxigênio no processo de oxidação do aço inoxidável ferrítico AISI 439, coeficientes de difusão do oxigênio foram medidos, pela primeira vez, em filmes de óxidos formados pela oxidação desse aço. Amostras do aço, fornecidas pela ArcelorMittal, foram polidas com suspensões de diamante de 3 e 1m e, a seguir, oxidadas entre 750 e 900o C, por tempos variáveis, visando a formação de filmes de óxidos constituídos majoritariamente de óxido de cromo. As experiências de difusão do oxigênio nos filmes foram realizadas utilizando-se o isótopo 18O como traçador do oxigênio. A introdução do oxigênio no filme de óxido foi realizada pelo método da troca isotópica [2], na faixa de temperaturas de 750-900o C, em atmosfera de Ar+21%18O2. Após os tratamentos térmicos de difusão, os perfis de difusão do isótopo 18O foram determinados por espectrometria de massa de ions secundários. Entre 750 e 900o C, as difusividades efetivas do oxigênio variam de 3,0x10- 16cm2/s a 3,9x10-14cm2/s. Constantes de oxidação parabólicas calculadas por meio da teoria de Wagner, utilizando-se os coeficientes de difusão medidos neste trabalho, são maiores dos que as constantes de oxidação determinadas experimentalmente, à 850 e 900o C, em ar, o que indica que a difusividade do oxigênio é suficiente para assegurar a taxa de crescimento do filme de óxido formado sobre o aço AISI 439 nestas temperaturas.

Stainless steels show good resistance to corrosion by oxidation at high temperatures due to the formation of an oxide film. In order to investigate the role of oxygen diffusion in the oxidation process of the AISI 439 ferritic stainless steel, oxygen diffusion coefficients were measured, for the first time, in oxide films formed by the oxidation of this steel. Samples of the steel, supplied by ArcelorMittal, were polished using diamond suspensions of 3 and 1 m, and then oxidized from 750o C to 900o C in order to grow oxide films meanly made up of chrome oxide. The oxygen diffusion experiments in the oxide films were performed using the isotope 18O as oxygen tracer. The introduction of the 18O in the film was performed by means of the gas-solid isotopic exchange method, in the temperature range of 750-900o C, in Ar+21%18O2 atmosphere. After the diffusion annealings, the diffusion profiles of 18O were established by secondary ion mass spectrometry. Between 750 and 900o C, the oxygen effectif diffusivities ranged from 3.0x10-16cm2/s to 3.9x10-14cm2/s. Parabolic oxidation constants calculated by means of Wagner ́s theory, using the oxygen diffusivities measured in this work, are greater than oxidation constants previously determined in oxidation experiments at 850 and 900o C, in air, which indicates that the oxygen diffusion is enough to assure the growth rate of the oxide film formed on the AISI 439 steel in these temperatures.

Keywords

Aço inoxidável; AISI 439; oxidação, difusão do oxigênio.

Stainless steel, AISI 439, Oxidation, oxygen diffusion.