Estudo da corrosão em meio cloreto de amostras de aço inox recobertas com sílica via processo sol-gel



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Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica 0940

2 a 5 de junho de 1999 - Florianópolis – S.C.



ESTUDO DA CORROSÃO EM MEIO CLORETO DE AMOSTRAS DE AÇO INOX RECOBERTAS COM SÍLICA VIA PROCESSO SOL-GEL

C. H. S. BOUÇAS; M. M. R. CASTRO; W. L. VASCONCELOS

Laboratório de Materiais Cerâmicos - LMC

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais

Rua Espírito Santo, 35 - 2o andar - Centro

Belo Horizonte - MG - CEP: 30160-030

e-mail: wlv@urano.cdtn.br

mariam@demet.ufmg.br

cboucas@demet.ufmg.br

Resumo



O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho frente à corrosão em meio cloreto do aço inox 304, recoberto com filme de sílica, depositado via processo sol-gel, e compará-lo com o material sem recobrimento. Para tal foram realizados ensaios potenciodinâmicos e de imersão total em HCl 1N para amostras recobertas e não recobertas. As superfícies das amostras foram avaliadas através de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostram que o mecanismo de ataque dos dois tipos de amostra é o mesmo, ou seja, corrosão localizada por pites. Porém para as amostras recobertas com o filme de sílica o ataque se mostrou mais lento e menos intenso e as amostras apresentaram uma maior integridade estrutural.
Palavras-chaves: sol-gel, recobrimentos de sílica, meio cloreto, corrosão por pites.

Introdução


Os aços inoxidáveis austeníticos(1) apresentam uma combinação de propriedades que os recomenda para diversas aplicações, tais como construção civil, uso arquitetural, aeronáutica, frigorífica, hospitalar, odontológica, alimentícia, etc. Contudo, sob determinadas condições agressivas como em presença de cloretos esses materiais estão propensos à corrosão localizada por pites(2,3).

Como medida para proteção dessas superfícies os recobrimentos cerâmicos têm se mostrado como uma alternativa viável, devido à sua característica de baixa reatividade(4-6). Esses recobrimentos podem ser obtidos pela técnica sol-gel, através da qual pode-se obter materiais de altas pureza e homogeneidade.

Uma vez que o meio cloreto é fortemente agressivo aos materiais, a avaliação do desempenho desses recobrimentos frente à corrosão neste meio passa a ser uma importante etapa no estudo desses materiais. Como o processo corrosivo(7-9) ocorre via reações de oxidação e redução, podemos avaliá-lo através de métodos eletroquímicos. O ensaio de polarização(10) é o mais empregado na avaliação da corrosão eletroquímica. Nesses ensaios o potencial da amostra é variado a uma taxa constante em relação ao eletrodo de referência e a corrente gerada é registrada simultaneamente. São geradas curvas de potencial em função da densidade de corrente a partir das quais são analisados parâmetros de corrosão, tais como potenciais de passivação e transpassivação, regiões de passivação, correntes e taxas de corrosão.

Outros ensaios como os de imersão total são importantes na simulação de ambientes corrosivos(11,12). Nesses ensaios as amostras devem ser colocadas na solução de imersão por um período pré-determinado. Devem ser definidos o meio corrosivo e sua composição, volume e temperatura da solução de ensaio, aparelhagem, agitação do meio, duração do ensaio, forma e condição do substrato, tratamento prévio e posterior que será dado ao substrato, número de réplicas, etc. Para a avaliação dos resultados devem ser realizadas determinações das massas inicial e final do substrato, pH e temperatura da solução, entre outros parâmetros.

A análise do aspecto das superfícies das amostras após os ensaios faz-se complementar na avaliação do mecanismo de ataque das amostras.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de recobrimentos cerâmicos frente à corrosão em meio cloreto através de ensaios de polarização potenciodinâmica e imersão total, utilizando como meio corrosivo o ácido clorídrico 1 N. Para tal foi utilizado como substrato o aço inox 304, o qual deverá ser comparado com o aço recoberto com gel de sílica, depositado via processo sol-gel.


MATERIAIS E MÉTODOS DE ANÁLISE

Obtenção do substrato

O aço inox 304 foi utilizado como substrato metálico para deposição do filme de sílica. Foram cortadas amostras circulares de diâmetro de 14 mm e espessura de 4 mm. Após o corte, as amostras foram lixadas em lixadeiras rotativas nas granulometrias de 240 mesh a 600 mesh, e posteriormente, lavadas com água e detergente, colocadas em banho de ultra-som com acetona, secas com um jato da ar quente e acondicionadas.



Obtenção do recobrimento

O gel de sílica foi obtido a partir de tetrametil-ortossilicato (TMOS), na relação molar água/TMOS igual a 4. Como catalisador foi utilizado o ácido nítrico. A deposição do filme foi feita utilizando a técnica “dip-coating”. A gelação ocorreu na superfície das amostras após o recobrimento. Posteriormente, foi realizada a secagem das amostras em estufa na temperatura de 60 oC.



Ensaios de corrosão

Os ensaios de polarização foram realizados em um potenciostato/galvanostato PGP 201 Radiometer - Copenhagem. O sistema de corrosão utilizado é constituído dos elementos: eletrodo de referência (calomelano); eletrodo auxiliar (platina); eletrodo de trabalho (porta-amostra) e recipiente de vidro (célula).

Os ensaios foram executados segundo a norma ASTM G 5-94, utilizando solução de HCl 1N e fluxo de nitrogênio de 30 cm3/minuto. Foi definida a velocidade varredura de 10 mV/min, potencial inicial de -410 mV e potencial final de 600 mV.

Após a montagem do sistema de corrosão, o circuito foi mantido aberto por 15 minutos para estabilização do sistema, registrando-se esse potencial. Foi realizado o ensaio de cronoamperometria onde o potencial inicial do teste foi mantido por 10 minutos. Em seguida, iniciou-se a varredura de potencial, ensaio de voltametria, gerando-se curvas de polarização (potencial em função da densidade de corrente).

Os ensaios de imersão total foram conduzidos à temperatura ambiente. Foram utilizados frascos de vidro tampados com rolhas de cortiça afim de garantir uma vedação adequada. Um capilar de vidro foi adaptado a cada rolha para que ocorresse uma aeração adequada da solução e ao mesmo tempo fosse evitada a evaporação ou contaminação da solução de imersão.

Foram avaliadas amostras do aço sem e com recobrimento, cada uma tendo três réplicas. A solução de imersão foi colocada em três erlemeyers, com volumes de 250 ml, em um primeiro frasco foram colocadas duas amostras do aço, em um segundo duas amostras do aço recoberto e em um terceiro, uma amostra sem e outra com recobrimento. As amostras foram pesadas em balança analítica antes e após o ensaio. Como solução de imersão foi utilizado o ácido clorídrico 1 N.

O ensaio de imersão teve a duração de 35 dias, sendo medidos constantemente, o pH e a temperatura da solução.

Após o ensaio de imersão foi feita a limpeza das amostras, as quais foram pesadas e levadas à análise de microscopia.


Caracterização microestrutural
A caracterização estrutural das amostras foi feita através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foram comparadas as amostras submetidas aos ensaios de corrosão sem e com recobrimento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nos ensaios de polarização foram obtidas curvas bastante semelhantes para os dois tipos de amostras analisados. As curvas apresentaram comportamento típico ativo-passivo-transpassivo, com regiões de passivação e transpassivação, corrente e potencial de corrosão bastante próximos. A Figura 1 mostra uma curva típica para uma amostra do aço recoberto com gel de sílica.

F
igura 1: Curva de polarização potenciodinâmica para o aço recoberto com gel de sílica.

Nas análises realizadas por MEV após os ensaios potenciodinâmicos, foi observada uma grande concentração de pites de corrosão na amostra de aço sem recobrimento, conforme mostra a Figura 2A. No caso do aço recoberto, este tipo de corrosão não foi observado, e as amostras mantiveram uma melhor integridade estrutural, como pode ser visto na Figura 2B.
F
igura 2: Superfícies do aço submetidas ao ensaio potenciodinâmico. A) aço sem recobrimento. B) aço recoberto com gel de sílica. Aumento de 350 vezes.
Durante os ensaios de imersão foram feitas leituras de pH e temperatura da solução de HCl não ocorrendo variações marcantes. A pesagem das amostras antes e após os ensaios revelaram variações de massa pouco significativas, entre as amostras não recobertas (perda de 5,8%) e as amostras recobertas (perda de 5,4%).

Nas análises realizadas por MEV após os ensaios de imersão, observou-se a corrosão por pites nos dois tipos de amostras, contudo na amostra sem recobrimento a concentração de pites apresentou-se muito mais elevada que na amostra recoberta. Além disso, o tamanho dos pites na amostra não recoberta é também maior. A Figura 3 mostra as superfícies das amostras submetidas ao ensaio de imersão de total.



Figura 3: superfícies do aço submetidas ao ensaio de imersão total. A) aço sem recobrimento. B) aço recoberto com gel de sílica. Aumento de 350 vezes.




CONCLUSÕES
Os ensaios de polarização potenciodinâmica mostraram o comportamento eletroquímico semelhante apresentado pelo aço sem e com recobrimento. Esse resultado nos permite concluir que ambas as amostras podem apresentar corrosão generalizada nas condições dos ensaios realizados. Contudo, as fotografias de MEV apresentaram diferenças significativas em relação aos aspectos das superfícies das amostras. O aparecimento da corrosão por pites no aço não recoberto mostra que a presença do filme de sílica elevou a resistência à corrosão do material, com relação a este tipo de corrosão.

Para os ensaios de imersão a corrosão por pites foi observada nos dois tipos de amostras, porém ocorrendo em extensão bem menor para o aço recoberto.

De maneira geral, podemos observar que para os dois tipos de amostras o mecanismo de ataque é semelhante. Contudo, no caso das amostras recobertas a corrosão por pites foi menos intensa, de forma que essas amostras mantiveram uma maior integridade estrutural.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq, FAPEMIG e FINEP pelo apoio financeiro.

Referências Bibliográficas





  1. Acesita, Cia de Aços Especiais Itabira. Manual Técnico de Aços Inoxidáveis- Características Básicas e Cuidados.




  1. Fontana, M.G., Corrosion Engineering, 3 ed., New York, McGraw-Hill, (1986).




  1. Gentil, V., Corrosão, 3 ed., Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, (1996).




  1. Rickerby, D. S., Mattews, A., Advanced Surface Coatings, A Handbook of Surface Engineering, New York, Chapman and Hall, (1991).




  1. Guglieimi, M., Zenezini, S., J. Non-Cryst. Solids, North-Holland, n.121, p.303-309, (1990).




  1. Seara, L. M., Obtenção de Recobrimentos de Sílica Sol-Gel em Substratos Metálicos e suas Caracterizações, Belo Horizonte, UFMG, 1994. Dissertação de Mestrado.




  1. Metals Handbook, v.13 – Corrosion, 9 ed., Metals Park, Ohio, ASM International, (1987).




  1. Travessa, E. et al., Sensors and Actuators B:Chemical, v. B31, n. 1-2, p. 59-70, (1996).




  1. Gellings, P.J., British Corrosion Journal, v.27, n.2, p.105-112, (1992).




  1. Standard Reference Test Method for Making Potentiostatic and Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements, G 5-94, ASTM Standards – American Society for Testing and Materials.




  1. Metal - Corrosão por Imersão, NBR - 7413 jul/1982. ABNT - Comitê Brasileiro de Mineração e Metalurgia - Comissão de Estudo de Produtos Planos Laminados de Aço Inoxidável.




  1. Standard Recommended Practice for Laboratory Immersion Corrosion Testing of Metals G 31-72. ASTM Standards - American Society of Testing and Materials.


Study of Chloride Corrosion of Stainless Steel Coated with Sol-Gel Silica Film

ABSTRACT

The aim of this work was to evaluate the corrosion resistance on chloride environment of an AISI304 stainless steel coated with a sol-gel silica film. The evaluation was carried out using potentiodynamic and immersion tests, both in a 1N hydrochloric acid, on coated and non-coated samples. The surfaces of the samples after the corrosion tests were evaluated using scanning electron microscopy. The results show that the degradation mechanism was the same for coated and non-coated samples, that is pit localized corrosion. However, the samples coated with the sol-gel silica film presented a less intense corrosion than the stainless steel, while the surface of the coated sample also showed better structural stability.


Key words: sol-gel, silica coatings, chloride environment, pitting corrosion.

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