De acordo com pt.wedoany.com-Especialistas da Universidade Técnica Estadual de Novosibirsk (НГТУ НЭТИ), em colaboração com o Instituto Budker de Física Nuclear da Filial Siberiana da Academia Russa de Ciências (ИЯФ СО РАН), conseguiram duplicar a resistência ao desgaste do aço inoxidável cromo-níquel (comumente conhecido como "aço inoxidável" no dia a dia). Este material não é utilizado apenas na fabricação de utensílios domésticos como panelas, talheres e facas, mas também em diversos componentes de equipamentos na indústria de processamento de petróleo. Para os trabalhadores do setor petrolífero, o aço inoxidável é valorizado pela sua alta resistência à corrosão — o que é especialmente importante em ambientes de trabalho subterrâneos. Se for possível aumentar ainda mais a resistência do aço inoxidável à erosão hidroabrasiva (ou seja, a capacidade de resistir ao impacto de partículas sólidas transportadas por fluxos líquidos), ele se tornará ainda mais adequado para esta indústria.
Cientistas de Novosibirsk utilizaram o acelerador industrial ELV-8 do Instituto de Física Nuclear e aplicaram a tecnologia de revestimento por feixe de elétrons para depositar uma camada de boreto, composta por uma mistura de pós de boro e ferro, sobre a superfície do aço inoxidável. Posteriormente, testes de resistência à erosão hidroabrasiva realizados no Instituto Lavrentiev de Hidrodinâmica da Filial Siberiana da Academia Russa de Ciências (ИГиЛ СО РАН) demonstraram que a resistência ao desgaste e à corrosão deste aço inoxidável modificado é o dobro da do aço inoxidável comum. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista "Metalurgia" e fazem parte de um grande projeto de pesquisa voltado à obtenção de aço inoxidável de alto desempenho para condições operacionais extremas.
Evdokia Bushueva, professora associada do Departamento de Ciência dos Materiais de Engenharia Mecânica da Universidade Técnica Estadual de Novosibirsk e doutora em Ciências Técnicas, comentou: "Especialistas da indústria de processamento de petróleo utilizam componentes de equipamentos feitos de aço inoxidável austenítico cromo-níquel, pois este material possui várias propriedades importantes. Primeiramente, tem resistência à corrosão, o que é crucial, pois os equipamentos de processamento de petróleo subterrâneo operam em ambientes quimicamente corrosivos, podendo ser afetados por águas subterrâneas, soluções eletrolíticas e gases associados. Outra propriedade importante do aço inoxidável é sua boa usinabilidade. Os componentes deste tipo de equipamento geralmente têm formas complexas, portanto, o material de fabricação deve ser plástico. Em terceiro lugar, igualmente importante, o aço inoxidável é relativamente barato."
Apesar de suas muitas vantagens, o aço inoxidável tem uma desvantagem: baixa resistência ao desgaste. Resistência ao desgaste refere-se à capacidade de um material de resistir à destruição e ao desgaste de sua camada superficial sob condições de atrito. Existem várias formas de desgaste, mas para a indústria de processamento de petróleo, geralmente se trata de desgaste abrasivo.
Bushueva acrescentou: "O aço inoxidável tem plasticidade suficiente, portanto, é difícil para ele resistir ao impacto de jatos de água contendo partículas abrasivas sólidas. O abrasivo age como inúmeras facas penetrando na superfície. Primeiro, aparecem arranhões, abrasões e trincas, e considerando que o material está simultaneamente exposto a um ambiente corrosivo, a resistência à corrosão do aço inoxidável também diminui significativamente. Como resultado, o tempo de operação deste tipo de equipamento é reduzido de milhares de horas para apenas centenas de horas. Portanto, a indústria — e, consequentemente, a comunidade científica — enfrenta a tarefa de prolongar a vida útil dos equipamentos de extração de petróleo."
Uma das maneiras de tornar o aço inoxidável clássico mais resistente ao desgaste é fortalecer sua camada superficial. Especialistas da Universidade Técnica Estadual de Novosibirsk escolheram materiais à base de boretos de cromo e ferro como camada de reforço, e a prepararam por meio de revestimento por feixe de elétrons no acelerador industrial ELV-8 do Instituto de Física Nuclear. Este acelerador tem o status de dispositivo científico único (bancada de testes ELV-6) e está incluído no registro nacional de infraestrutura de pesquisa da Federação Russa.
Mikhail Gorkovsky, pesquisador sênior do Instituto de Física Nuclear, explicou: "O acelerador industrial gera um poderoso feixe contínuo de elétrons, que usamos para processar a superfície do material (neste caso, o aço inoxidável) juntamente com o pó modificador colocado sobre ela. Comparado a outros métodos de reforço (como pulverização a plasma, revestimento a laser, revestimento por arco voltaico), nosso método tem uma série de vantagens. Podemos formar uma camada superficial mais espessa no material do que no revestimento a laser, e esta camada não tem poros, nem o problema de fraca adesão ao substrato característico da pulverização a plasma. O revestimento a laser forma espessuras de não mais que algumas dezenas de micrômetros, enquanto podemos obter revestimentos de vários milímetros de espessura, sem poros. Igualmente importante, garantimos uma ligação metalúrgica do revestimento, ou seja, a resistência de união entre a camada de revestimento e o substrato não é inferior à resistência do próprio metal base. Em condições operacionais severas, mesmo que o revestimento em si seja muito resistente, não adianta se ele se desprender facilmente do substrato. O acelerador industrial tem alta eficiência de produção: a velocidade média de processamento do material é de 2 metros quadrados por hora, o que é um bom indicador. Outro ponto a notar é que trabalhamos em atmosfera ambiente, não em vácuo. Métodos que exigem processamento em câmara de vácuo são tecnologicamente mais complexos e demorados. A potência da nossa fonte de elétrons é uma a duas ordens de grandeza maior que a de um laser. Além disso, o coeficiente de absorção do feixe de elétrons pelo nosso material é de 90%, ou seja, quase toda a energia do feixe é convertida em calor interno do material, enquanto a taxa de absorção do laser é de apenas 10%."
Após obter amostras de aço inoxidável com camada superficial reforçada, os especialistas realizaram uma série de experimentos simulando as condições operacionais extremas dos equipamentos de extração de petróleo.
Bushueva comentou: "Como nosso foco é a indústria de extração de petróleo, um dos testes foi o de desgaste por erosão hidroabrasiva, realizado nos equipamentos do Instituto de Hidrodinâmica. Impactamos as amostras com um poderoso jato de água (contendo partículas de óxido de alumínio, ou seja, areia com ar), criando deliberadamente condições tão extremas quanto possível. Os resultados foram bastante bons: o desgaste por erosão hidroabrasiva do aço inoxidável reforçado foi metade do do aço inoxidável comum. Outro resultado diz respeito à resistência à corrosão. Testamos o revestimento em ambientes corrosivos, simulando as condições de influência de soluções de emergência. Quando ocorre um travamento em equipamentos de extração de petróleo (por exemplo, quando a entrada de rocha impede a rotação do mecanismo), são utilizadas soluções contendo ácidos corrosivos fortes, como ácido fluorídrico, sulfúrico, clorídrico e nítrico. Esta mistura potente dissolve rapidamente a rocha, mas também pode corroer o material do equipamento. Neste aspecto, a resistência à corrosão da nossa amostra também foi o dobro da do aço inoxidável comum."
Os especialistas destacam que os resultados obtidos fazem parte de um grande trabalho de desenvolvimento de revestimentos de reforço.
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