Avaliação da camada de óxidos formada a altas temperaturas em aços inoxidáveis utilizados como interconectores para PaCOS

 Bárbara Ferreira de Oliveira I , Débora Gomes da Silva TerraII, Luis Augusto Hernandez

TerronesIII

I,II,IIILAMAV – Laboratórios de Materiais Avançados/UENFAv. Alberto Lamego, 2000 – Horto, Campos dos Goytacazes – RJ

lucho@uenf.br

As pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS) são dispositivos que apresentam alta eficiência energética, pois elas convertem energia química em energia elétrica através da reação eletroquímica entre um combustível e um oxidante. Além disso, elas emitem menos poluentes agredindo menos o meio ambiente.

Na sua constituição estrutural, toda pilha é composta de uma sequência de unidades, cada uma com quatro componentes: o eletrólito, anodo, catodo e o interconector, sendo estes conjuntos conectados por um material selante.

A altas temperaturas, ao redor de 1000°C, o material utilizado nos interconectores é cerâmico, mas em temperaturas intermediárias (600-800°C) os aços inoxidáveis ferríticos tornam-se uma boa alternativa devido ao fato de eles possuírem coeficiente de expansão térmica próxima ao dos materiais cerâmicos (~10ppmK-1) e serem mais vantajosos em alguns aspectos em relação ao outro material, dentre eles: o custo, a impermeabilidade gasosa , a usinabilidade e alta resistência mecânica.

O objetivo deste trabalho é apresentar o comportamento em altas temperaturas do aço inoxidável ferrítico AISI-430 recebido na forma de chapa de 1mm de espessura com a composição química nominal de 0,02% de C, 0,18% de Mn, 0,30% de Si, 16,20% de Cr, 0,40% de Nb e de 220ppm de N. Além disso, visa verificar a formação da camada de óxido superficial quando este é submetido a tratamentos isotérmicos de 650°C, 850°C e 1050°C em diferentes tempos visto que a formação desta camada pode influenciar na função do aço como interconector. Foram utilizadas amostras de 1x2cm2 lixadas até 1200 e polidas com pasta de diamante de granulometria 0,3µm.

As amostras foram caracterizadas e analisadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raio X e EDS. A observação da microestrutura do material como recebido mostra grãos ferríticos com tamanho médio de 20µm com ausência de carbetos de nitretos de cromo e presença de partículas de carboneto de nióbio.

Na amostra tratada a 650°C foi notado o aumento do tamanho médio dos grãos (70µm) e inexistência de camada de óxido. Com tratamento de 850°C durante 3 horas já foi verificada a presença de uma camada contínua de óxido constituída por microcristais de morfologias geométricas. Aumentando-se o tempo, por exemplo, para 12 horas, e mantendo-se esta mesma temperatura, constatou-se a presença de uma morfologia arredondada nos microcristais na camada de óxido contínua e uniforme. A 1050°C, verificou-se na camada de óxido que os microcristais são maiores com geometria facetada e se agrupam formando uma espécie de grão com contornos que, na verdade, são regiões da camada com menor espessura.

Nas temperaturas de 850°C e 1050°C, observou-se um crescimento desproporcionado dos grãos de ferrita, e as análises EDS e MEV mostraram a presença de Cr, O, Fe e Mn cujos óxidos foram confirmados por difração de raio X.

Palavras Chave: aço inoxidável ferrítico, microestrutura, PaCOS, interconector.