Desempenho mecânico e tribológico de um revestimento de liga à base de níquel depositado por laser cladding em ferro fundido cinzento.

Abstract

Este trabalho teve como objetivo avaliar a aplicação do processo de laser cladding (LC) para a deposição de revestimentos da liga Ni-1031 sobre substratos de ferro fundido cinzento (GCI), visando à recuperação de blocos de motores a diesel de grande porte. Inicialmente, foi conduzido um planejamento de experimentos (DoE) para definir parâmetros capazes de produzir revestimentos com adequada integridade e geometria, resultando em uma estratégia híbrida de deposição que permitiu a obtenção de um revestimento com altura média de 5,08 mm após cinco camadas. As análises de microestrutura evidenciaram a formação de uma estrutura dendrítica refinada com precipitados interdendríticos ricos em elementos como o fósforo (P) no revestimento, enquanto o substrato apresentou microestrutura ferrítico-perlítica com grafita lamelar. Os ensaios de dureza indicaram aumento da dureza média do revestimento (373 HV0,3) em relação ao GCI (250 HV0,3), além de um pico de 470 HV0,3 na zona afetada pelo calor devido à formação de martensita. Em contrapartida, os ensaios tribológicos mostraram desempenho inferior do revestimento em deslizamento a seco, com maior coeficiente de atrito (0,95 frente a 0,75) e maior taxa de desgaste (1,02 × 10⁻⁵ mm³/Nm contra 5,30 × 10⁻⁷ mm³/Nm), comportamento associado à atuação combinada de mecanismos de desgaste adesivo e abrasivo e à menor estabilidade de tribocamadas protetoras. De modo geral, os resultados demonstram que o processo de LC com a liga Ni-1031 é tecnicamente viável para a recuperação dimensional de blocos de motor, promovendo aumento da dureza e adequada integridade do revestimento, embora apresente limitações quanto ao desempenho tribológico nas condições avaliadas.

This study aimed to evaluate the application of the laser cladding (LC) process for depositing Ni-1031 alloy coatings onto gray cast iron (GCI) substrates for the dimensional repair of large diesel engine blocks. Initially, a Design of Experiments (DoE) was conducted to define processing parameters capable of producing coatings with adequate integrity and geometry, resulting in a hybrid deposition strategy that enabled the fabrication of a coating with an average thickness of 5.08 mm after five deposited layers. Microstructural analyses revealed the formation of a refined dendritic structure containing phosphorus (P)-rich interdendritic precipitates in the coating, while the substrate exhibited a ferritic-pearlitic microstructure with lamellar graphite. Hardness measurements showed an increase in the average hardness of the coating (373 HV0.3) compared with the GCI substrate (250 HV0.3), as well as a peak hardness of 470 HV0.3 in the heat-affected zone due to martensite formation. In contrast, tribological tests under dry sliding conditions demonstrated inferior performance of the coating, with a higher coefficient of friction (0.95 versus 0.75) and a higher wear rate (1.02 × 10⁻⁵ mm³/Nm versus 5.30 × 10⁻⁷ mm³/Nm). This behavior was associated with the combined action of adhesive and abrasive wear mechanisms and the lower stability of protective tribolayers. Overall, the results demonstrate that the LC process using the Ni-1031 alloy is technically feasible for the dimensional repair of engine blocks, providing increased hardness and adequate coating integrity, although it exhibits limitations regarding tribological performance under the evaluated conditions.