Desenvolvimento e produção de revestimentos cerâmicos inertes ao petróleo cru baseados em alumina-titânia reforçados com óxidos de terra rara

Abstract

A imprescindibilidade de desenvolver tecnologias que viabilizem a otimização de processos e transportes na indústria petrolífera é notória devido à suma importância dos seus derivados para a sociedade contemporânea. Sabendo-se que o petróleo cru gera ambientes hostis, devido ao caráter corrosivo e quimicamente reativo, é preciso encontrar materiais que sejam capazes de resistir às intempéries impostas, pois no processo de estocagem e transporte do petróleo, os tanques de armazenamento, que são fabricados de materiais metálicos, sofrem degradação superficial tornando-se um problema crítico na indústria petrolífera. Uma alternativa para solucionar este problema é empregar revestimentos inertes aos ambientes hostis por aspersão térmica e os materiais mais cogitados para essa aplicabilidade são as cerâmicas avançadas baseadas em alumina por possuírem alta resistência mecânica com estabilidade térmica e química. Para reduzir a fragilidade, aumentar a resistência mecânica e a tenacidade, e utilizá-las em aplicações estruturais, mecânicas e industriais, as cerâmicas são normalmente reforçadas com incorporação de um ou mais aditivo (TiO2, TiN, ZrO2) para obter melhores propriedades. A adição de pequenas porcentagens de óxidos de terra rara em alumina-titânia (Al2O3-TiO2) podem aumentar consideravelmente a tenacidade destas cerâmicas. Neste trabalho, foram produzidos compósitos cerâmicos (Al2O3-TiO2) reforçados com óxidos de terra rara (CeO2 e Y2O3), com variação entre as amostras de 5% e 7% em peso de céria ou ítria e 10%, 15% e 20% em peso de titânia, os quais apresentam como características alta resistência mecânica e resistência ao ambiente hostil gerado pelo petróleo cru. Os compósitos foram produzidos por um processo termomecânico, sinterizados a uma temperatura 1350 °C e estudadas as macroestruturas, microestruturas e propriedades mecânicas através da difração de raios-X, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microdureza Vickers. As análises foram realizadas e comparadas antes e após 365 dias de imersão em petróleo cru extraídos de poços de mar e terra para estudar a estabilidade dos compósitos desenvolvidos. Com os resultados, foram escolhidos 2 dos 12 compósitos cerâmicos desenvolvidos para iniciar a segunda etapa da pesquisa que compreendeu em realizar a aplicação dos revestimentos cerâmicos Al2O3-TiO2- CeO2 e Al2O3-TiO2- Y2O3 em chapas metálicas usadas na fabricação de tanques de armazenamento e transporte de petróleo. Foram utilizados os processos de aspersão térmica a plasma (APS) para os compósitos cerâmicos (top coat) e aspersão por High Velocity Oxi-Fuel (HVOF) para a camada metálica de ligação (bond coat). Para a caracterização e qualificação dos revestimentos foram realizados os ensaios de aderência, riscamento, MEV e microscopia confocal. Os resultados indicam que os compósitos cerâmicos desenvolvidos e selecionados apresentam estabilidade em ambiente de petróleo e são adequados para aplicação de revestimentos cerâmicos para proteção de materiais metálicos.