Estudo do comportamento eletroquímico de azóis para o aço inoxidável AISI 430 em H2SO4 1 mol L-1

Study of electrochemical behavior of azoles for AISI 430 stainless steel in H2SO4 1 mol L-1

INOX: Corrosão

Martha Tussolini^I; Cristiane Spagnol^II; Guilherme Jos&eacuteTurcatel Alves^III; Maico Taras da Cunha^IV; Paulo Rogério Pinto Rodrigues^V

^IMestranda em Química Aplicada Universidade Estadual do Centro Oeste (PR) - UNICENTRO E-mail: [e-mail]

^IIMestre em Química Aplicada Universidade Estadual do Centro Oeste (PR) - UNICENTRO E-mail: [e-mail]

^IIIMestrando em Química Aplicada Universidade Estadual de Ponta Grossa (PR) - UEPG E-mail: [e-mail]

^IVMestre em Química, Físico-Química, Universidade São Paulo E-mail: [e-mail]

^VDoutor em Ciências Área de Físico-Química Departamento de Química, Setor de Ciências Exatas e de Tecnologia Universidade Estadual do Centro Oeste (PR) - UNICENTRO E-mail: [e-mail]

RESUMO

A corrosão é um processo indesejável que ocorre em materiais metálicos. Nesse trabalho, estudou-se o efeito inibidor do benzotriazol (BTAH), benzimidazol (BZM) e indol em diferentes concentrações para o aço inoxidável AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1. Foram empregadas as técnicas de: polarização potenciostática anódica, espectroscopia de impedância eletroquímica, microscopia óptica e eletrônica de varredura. As curvas de polarização potenciostática anódica mostraram que o BTAH, BZM e Indol atuam como inibidores de corrosão para o aço AISI 430, nas concentrações de 1x10^-3 e 5x10^-4 mol L^-1, não apresentando inibição significativa para as concentrações iguais ou inferiores a 1x10^-4 mol L^-1. O aumento da eficiência inibidora em relação às substâncias estudadas seguiu a seguinte ordem: Indol < BZM < BTAH. Os resultados obtidos nas curvas de polarização anódica foram comprovados por espectroscopia de impedância eletroquímica e pelas análises microscópicas.

Palavras-chave: Corrosão, inibidores, aço inoxidável.

ABSTRACT

Corrosion is an undesirable process that occurs in metallic materials. Studied was the effect of inhibiting Benzotriazole (BTAH), Benzimidazole (BZM) and Indole in different concentrations for the stainless steel (SS) AISI 430 in H₂SO₄ 1 mol L^-1. The techniques employed this research were: anodic potenciostatic polarisation, electrochemical impedance spectroscopy, optical microscopy and scanning electron microscopy. The curves of anodic polarisation showed that BTAH, BZM and Indol act as corrosion inhibitors for 430 SS, at concentrations of 1x10^-3 and 5x10^-4 mol L^-1, but do not inhibit corrosion for concentrations equal to or less than 1x10^-4 mol L^-1. The in-crease of the efficiency in relation to the inhibitory substances studied followed this order: Indol <BZM <BTAH. The anodic polarization curve results were supported by electrochemical impedance spectroscopy, and microscopic analysis.

Keywords: Corrosion, inhibitors, stainless steel.

1. Introdução

Os aços inoxidáveis são ligas de ferro (Fe) e cromo (Cr) com um mínimo de 10,50 % em peso de Cr em sua composição. São caracterizados por uma alta resistência à corrosão. No entanto, essa denominação inoxidável não é correta (uma vez que o cromo oxida-se), já que, na realidade, os aços inoxidáveis estão sujeitos à oxidação em determinadas circunstâncias e meios (Villares, 1995).

Esses aços, além de terem Fe e Cr em sua composição, podem ter a adição de outros elementos, que levam à geração de diversos tipos de classes e estruturas para aços inoxidáveis.

Esse trabalho estudou o aço inoxidável ferrítico AISI 430, que possui uma quantidade de cromo mais elevada quando comparado ao aço inoxidável martensítico, levando-o a ter uma melhor resistência à corrosão. Os aços ferríticos da série AISI 430 têm uma quantidade superior a 16% de cromo (Carbó, 2001). Esse aço tem uma boa capacidade de estampagem, podendo ser utilizado na fabricação de talheres, pias, fogões, etc.

O objetivo principal desse trabalho é estudar o efeito inibidor de substâncias orgânicas como o benzotriazol (BTAH), benzimidazol (BZM) e indol.

Os inibidores de corrosão são substâncias que, adicionadas em concentrações adequadas ao meio corrosivo objetivam evitar, prevenir ou impedir o desenvolvimento das reações de oxidação dos metais.

Substâncias orgânicas têm sido utilizadas como inibidores de corrosão em meio ácido para ligas metálicas (Rodrigues, 1997).

O BTAH (Figura 1) é consagrado como inibidor de corrosão para o cobre. Nos últimos anos, nota-se o aumento do número de trabalhos empregando o BTAH como inibidor para ligas de cobre, como latão e ligas cupro-níquel (Cunha, 2003). Trabalhos recentes têm mostrado a eficiência do benzotriazol, tanto para o ferro e suas ligas, como para o aço inoxidável em meio ácido (Andrade, 1995; Rodrigues, 1996, 1997, 1998; Ribas, 2006 e Tussolini, 2007).

De acordo com a Figura 1, verifica-se que o BTAH apresenta fórmula molecular C6H5N3, o benzimidazol, C₇H₆N₂ e o indol, C₈H₇N.

2. Materiais e métodos

A eficiência dos azóis como inibidores de corrosão foi avaliada empregando-se técnicas de: polarização potenciostática anódica (PA), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). As soluções foram preparadas com água ultrapura e reagentes p.a.

Os ensaios foram realizados na temperatura ambiente de 22 ± 2°C. As micrografias ópticas foram feitas em um microscópio Olympus BX40 e a micrografias eletrônicas de varredura foram feitas em Shimadzu SS 550. Para as análises microscópicas, o tratamento de superfície, para as amostras de aço AISI 430 foi feito com lixas de SiC de grana 220, 400, 600, 1200. Depois as amostras foram polidas com pasta de diamante de 15µm, 6µm, 1µm, sucessivamente. Após o tratamento de superfície nas peças do aço AISI 430, as mesmas foram enxaguadas, e depois imersas por 90 minutos em solução de H₂SO₄ 1 mol L^-1 na presença e ausência de BTAH, BZM e indol 1x10^-3 mol L^-1.

Os ensaios de polarização potenciostáticos foram realizados com potenciostato Gamry PC4-300, operando de modo potenciostático em configuração de três eletrodos, ou seja, um eletrodo auxiliar de platina de grande área, eletrodo de referência de sulfato mercuroso saturado (ESM) e eletrodo de trabalho de aço inoxidável AISI 430 com área média de 2 cm². Utilizou-se uma célula de vidro com capacidade para 100 mL. O potencial de corrosão (E_corr) para o eletrodo AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1 se estabilizou em um tempo médio de 90 minutos. As curvas de polarização potenciostática para o aço AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1, na ausência e presença de azóis, foram obtidas a partir do E_corr, aplicando-se sobretensões anódicas de 10 em 10 mV, até uma sobretensão máxima de +250 mV.

Os ensaios de impedância eletroquímica foram realizados na mesma célula dos ensaios de polarização, empregando-se um analisador de freqüência da Gamry, modelo EIS 300, acoplado ao potenciostato PC4-300. As medidas de EIE foram feitas no potencial de corrosão com um potencial de perturbação de ± 5mV. A faixa de freqüência utilizada foi de 3 kHz a 1mHz.

3. Resultados

As medidas de potencial de corrosão, para o aço inoxidável AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1, na ausência e presença de BTAH, BZM ou indol, não registraram variação significativa, ou seja E_corr = - 910 ± 10 mV / ESM.

Nas Figuras 2 a 4, são apresentadas as curvas de polarização potenciostática anódica, na região ativa, para o aço inoxidável AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1, na ausência e presença de BTAH, BZM e indol.

Nas Figuras 5 a 7, são apresentadas as eficiências inibidoras (q) para diferentes concentrações de BTAH, BZM e indol. As q foram calculadas pela equação 1.

Onde:

j_c/i = densidade de corrente de pico anódica na presença de inibidor.

j_s/i = densidade de corrente de pico anódica na ausência de inibidor.

A Figura 8 mostra os resultados da impedância eletroquímica para o BTAH, BZM e indol. Todos na mesma concentração de 1x10^-3 mol L^-1.

As micrografias ópticas do aço AISI 430, em diferentes meios, são apresentadas na Figura 9.

As microscopias eletrônicas de varredura do aço 430, não imerso e imerso em H₂SO₄ 1 mol L^-1, na ausência e presença de azóis, são apresentadas na Figura 10.

4. Discussão

Nota-se, na Figura 2, que o indol e o BTAH provocam um deslocamento do potencial de corrosão para valores mais anódicos, porém pouco significativos. Em relação ao potencial de pico, na região ativa da curva de polarização potenciostática anódica, registra-se que o indol e o BZM minimizaram a densidade de corrente (j) quase na mesma ordem de grandeza, enquanto o BTAH provocou uma diminuição maior da (j). Tal comportamento sugere que, para a concentração de 1x10^-3 mol L^-1 dos azóis, a ordem crescente da eficiência inibidora será: indol < BZM < BTAH.

Na Figura 3, observa-se que o BZM e o BTAH provocaram um maior deslocamento do potencial de corrosão para valores mais negativos do que o sistema sem azóis. Em relação ao potencial de pico, na região ativa da curva de polarização anódica, registra-se que para o indol, não houve uma diminuição significativa da densidade de corrente (j). Tal comportamento sugere que, para a concentração de 5x10^-4 mol L^-1 dos azóis, a ordem crescente da eficiência inibidora será: indol < BZM < BTAH.

Pode-se verificar, na Figura 4, que as substâncias BTAH, BZM e indol, nas concentrações de 1x10^-4 mol L^-1, não apresentaram variação significativa na densidade de corrente, sugerindo que esta seja a concentração limite de uso desses azóis para o aço AISI 430 imerso em H₂SO₄ 1 mol L^-1.

Comparando-se os resultados da Figura 5 em relação às Figuras 6 e 7, verificou-se que a melhor eficiência inibidora foi obtida para o sistema contendo BTAH.

Os diagramas de impedância eletroquímica (Figura 8) mostram um arco capacitivo maior para o aço AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1, contendo BTAH. O arco capacitivo reduz sua resistência em relação ao meio sem azóis na seguinte seqüência: BTAH, BZM e indol.

As micrografias das Figuras 9 e 10, qualitativamente, mostram que, apesar da baixa eficiência inibidora dos azóis, nas concentrações estudadas, o aço AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1, contendo BTAH 1x10^-3 mol L^-1, foi o que menos sofreu ataque corrosivo.

Esses resultados sugerem que o aumento do número de heteroátomo de nitrogênio na molécula de azol, aumenta o efeito inibidor da corrosão do aço AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1. Assim verifica-se que a melhor eficiência inibidora é atribuída ao benzotriazol, sendo que resultados semelhantes foram registrados na literatura (Rodrigues, 1997; Cunha, 2003; Tussolini, 2007).

5. Conclusões

Os resultados apresentados nesse trabalho permitem concluir que:

• A eficiência inibidora dos azóis estudados, na concentração de 1x10

  ^-3 mol L

  ^-1, para o aço AISI 430 em H

  ₂SO

  ₄ 1 mol L

  ^-1, aumenta na seguinte seqüência: indol < BZM < BTAH.

• Os números de heteroátomos de nitrogênio presentes na estrutura molecular dos azóis, influenciam na ação inibidora da oxidação do aço AISI 430 em ácido sulfúrico 1 mol L

  ^-1, confirmando a melhor eficiência inibidora do BTAH. Tal influência é atribuída na literatura à adsorção química do BTAH - Fe

  ⁺² (Cunha, 2003).

6. Agradecimentos

Ao CNPq, à CAPES e à Fundação Araucária.

7. Referências bibliográficas

Artigo recebido em 23/06/2009 e aprovado em 18/01/2010.

• ANDRADE, A. H. P., RODRIGUES, P. R. P., AGOSTINHO, S. M. L. Caracterização do benzotriazol como inibidor para o aço inoxidável ferrítico. Acta Microscópica, v. 4, p. 39-40, 1995.
• CARBÓ, H. M. Aço inoxidável - aplicações e especificações, Catálogo Acesita, volume único, 2001.
• CUNHA, M. T. Estudo comparativo dos inibidores benzotriazol e tolitriazol na oxidação de materiais ferrosos em meio de ácido sulfúrico São Paulo: Instituto de Química da USP, 2003. (Dissertação de Mestrado).
• DE WIT, J. H. W., HERMAN, E. C. M., DOBBELAAR, J. A L. The corrosion behaviour of iron-chrominum alloys in 0.5 M Sulphuric acid. Corrosion Science, v. 33, n. 5, p.765-778, 1992.
• RODRIGUES, P. R. P. O benzotriazol como inibidor de corrosão para ferro e ligas ferrosas em meios de ácido sulfúrico São Paulo: Instituto de Química da USP, 1997. (Tese de Doutorado).
• RODRIGUES, P. R. P., ANDRADE, A. H. P., AGOSTINHO, S. M. L. Benzotriazole as corrosion inhibitor for type 304 stainless steel in water-ethanol media containing 2 M H₂SO₄ British Corrosion Journal, Inglaterra, v. 33, n. 3, p. 211-213, 1998
• RODRIGUES, P. R. P., ZERBINO, J. O., AGOSTINHO, S. M. L. Voltammetric and ellipsometric studies of films formed on 304 stainless steel in sulphuric acid solution without and with benzotriazole. Materials Science Forum, Itália, v. 288, p. 1299-1310, 1998.
• RODRIGUES, P. R. P., AOKI, IDALINA V., ANDRADE, A. H. P., OLIVEIRA, E., AGOSTINHO, S. M. L. Effect of benzotriazole on the electrochemical and corrosion behaviour of type 304 stainless steel in 2 M sulphuric acid solution. British Corrosion Journal, Inglaterra, v. 31, n. 4, p. 305-308, 1996.
• RIBAS, G. C, B., SILVA, D. K. DA. RODRIGUES, P. R. P., AGOSTINHO, S. M. L . Benzotriazole and tolytriazole as corrosion inhibitors of carbon steel 1008 in sulfuric acid. Portugaliae Electrochimica Acta, Portugual, v. 24, n. M270-4, p. 323-335, 2006.
• TUSSOLINI, M. et al. Estudo do comportamento eletroquímico do benzotriazol e benzimidazol na oxidação do aço inoxidável tipo ABNT 304. REM - Revista Escola de Minas, v. 60, p. 41-44-41, 2007.
• VILLARES. Aços inoxidáveis Catálogo da Villares, volume único, 1995.

Estudo do comportamento eletroquímico de azóis para o aço inoxidável AISI 430 em H₂SO₄ 1 mol L^-1

Study of electrochemical behavior of azoles for AISI 430 stainless steel in H₂SO₄ 1 mol L^-1

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  08 Abr 2010
• Data do Fascículo
  Mar 2010

Histórico

• Recebido
  23 Jun 2009
• Aceito
  2010