Characterization of mechanical and surface finishing properties of metallic coating obtained by arc electric thermal spray

Abstract

The Brazilian thermoelectric plants that use coal as a thermal source use pulverized combustion technology. The aim of this work was to characterize some properties of a metallic coating obtained by arc electric thermal spray in order to protect boiler's surface against ash's aggressive action from coal burning. The evaluated parameters considerably influence the characteristics of the coating's lifes service. An iron chromium base alloy, reference herein as Alloy B, was used in this study. A chemical analysis of the coating, Alloy B, was performed in order to compare if there were any difference between the chemical composition of the wires used and what was incorporated into the coating by the thermal spray process. Therefore, Energy Dispersive Spectroscopy technique (EDS), Quantax software and PyMCA program were used. The chemical analisys results of the coating was quite similar to the given composition of the wires. To verify the coating hardness, Vickers (HV) microhardness measurements were performed on the coating region, on the substrate and on the boundary region of the coating between substrasts. Vickers microhardness measurements were obtained by PANTEC MV-1000A microdurometer. As substrate an 8 mm thick steel sheet with a chemical composition and thickness similar to the steels used in the water wall pipes of Brazilian boilers were used. The coating hardness (730 HV) was on the order of four times greater than the substrate's hardness (179 HV) to be protected. This property was homogeneous for the coated layer showing that hardness values indicates that good adhesion of coating's cast particles occurred, and the spray distance proved to be effective. The roughness was obtained through measurements made Brazilian Journal of Development Braz. 11079 on images generated by Optical Microscopy (OM). Measurements of the variation in heights between peaks and coating depressions were obtained on the generated images. These measurements generated an average value Ra = 27.5 μm. Roughness measurements obtained by conventional technique (Digital Surface Profile Gauge) were performed too and showed that the method of measurements on the OM images was not effective to evaluate the high coating roughness generated by the arc electric thermal spray method, in this case, 248 µm. Keywords: Arc electric thermal spray, Thermoelectric plants, metallic coating, boiler, ash erosion. RESUMO As usinas termelétricas brasileiras que usam carvão como fonte térmica usam tecnologia de combustão pulverizada. O objetivo deste trabalho foi caracterizar algumas propriedades de um revestimento metálico obtido por spray térmico elétrico a arco, a fim de proteger a superfície da caldeira contra a ação agressiva das cinzas da queima de carvão. Os parâmetros avaliados influenciam consideravelmente as características do serviço de vida útil do revestimento. Uma liga à base de ferro e cromo, aqui referida como Liga B, foi usada neste estudo. Uma análise química do revestimento, Alloy B, foi realizada para comparar se havia alguma diferença entre a composição química dos fios utilizados e o que foi incorporado ao revestimento pelo processo de pulverização térmica. Portanto, foram utilizadas a técnica de Espectroscopia Dispersiva de Energia (EDS), o software Quantax e o programa PyMCA. Os resultados da análise química do revestimento foram bastante semelhantes à composição dada dos fios. Para verificar a dureza do revestimento, foram realizadas medições de microdureza Vickers (HV) na região do revestimento, no substrato e na região limite do revestimento entre os substratos. As medidas de microdureza Vickers foram obtidas pelo microdurômetro PANTEC MV-1000A. Como substrato, foi utilizada uma chapa de aço de 8 mm de espessura, com composição química e espessura semelhante à dos aços utilizados nas tubulações de água das caldeiras brasileiras. A dureza do revestimento (730 HV) foi da ordem de quatro vezes maior que a dureza do substrato (179 HV) a ser protegida. Essa propriedade era homogênea para a camada revestida, mostrando que os valores de dureza indicam que ocorreu uma boa adesão das partículas fundidas do revestimento e a distância de pulverização provou ser eficaz. A rugosidade foi obtida através de medições feitas em imagens geradas por Microscopia Óptica (OM). Medidas das variações de altura entre picos e depressões de revestimento foram obtidas nas imagens geradas. Essas medições geraram um valor médio Ra = 27,5 μm. Também foram realizadas medições de rugosidade obtidas pela técnica convencional (Digital Surface Profile Gauge) e mostraram que o método de medição nas imagens OM não foi eficaz para avaliar a alta rugosidade do revestimento gerada pelo método de pulverização térmica por arco elétrico, neste caso, 248 µm. Palavras-chave: Spray térmico elétrico a arco, usinas termelétricas, revestimento metálico, caldeira, erosão de cinzas.