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Rem: Revista Escola de Minas

Print version ISSN 0370-4467

Rem: Rev. Esc. Minas vol.65 no.1 Ouro Preto Jan./Mar. 2012

http://dx.doi.org/10.1590/S0370-44672012000100013 

METALURGIA E MATERIAIS METALLURGY AND MATERIALS

 

Aplicação de SAM em liga de alumínio AA 2024-T3 com desengraxe alcalino

 

Application of SAM in AA 2024-T3 aluminum alloy with alkaline degrease

 

 

Aline ViomarI; André Lazarin GallinaII; Isolda CostaIII; Maico Taras da CunhaIV; Paulo Rogério Pinto RodriguesV; Everson do Prado BanckzekVI

IGraduada em química, Universidade Estadual do Centro-Oeste - Departamento de Química. alineviomar@gmail.com
IIMestrando em Bioenergia, Universidade Estadual do Centro-Oeste - Departamento de Química. andregallina@gmail.com
IIIDoutora em Engenharia Química, Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN/CNEN-SP, Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais. icosta@ipen.br
IVDoutorando em Química Aplicada, Universidade Estadual do Centro-Oeste - Departamento de Química. maico_tc@yahoo.com.br
VDoutor em Ciências, Universidade Estadual do Centro-Oeste - Departamento de Química. prprodrigues@gmail.com
VIDoutor em Ciências, Universidade Estadual do Centro-Oeste - Departamento de Química. edopradobanczek@yahoo.com.br

 

 


RESUMO

As moléculas auto-organizáveis (SAM - Self Assembly Monolayer) são inibidoras de corrosão, devido à capacidade de se organizarem sobre superfícies formando filmes finos. A SAM apresenta elevada afinidade pelo óxido formado sobre o alumínio, porém as interações entre a camada de óxido e as SAM nem sempre são satisfatórias, pois o óxido formado na superfície apresenta heterogeneidades, que interferem na formação do filme de SAM. O objetivo desse trabalho foi estudar a proteção à corrosão do alumínio AA 2024-T3 associada ao SAM, após tratamento com desengraxante alcalino. A caracterização eletroquímica foi realizada por espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica anódica em meio de Na2SO4 0,5 mol. L-1 em pH 4,0. A morfologia superficial foi investigada por microscopia óptica. Os resultados mostraram que as SAM promoveram maior proteção do alumínio, quando este foi pré-tratado com o desengraxante.

Palavras-chave: Liga de alumínio, moléculas auto-organizáveis, corrosão.


ABSTRACT

Self-assembly molecules (SAM - Self Assembly Monolayer) are corrosion inhibitors, due to their capacity to organize on surfaces, forming thin films. SAM presents a high affinity to aluminum oxide. However, the interactions between the oxide layer and SAM are not always satisfactory; therefore the oxide formed on the surface presents heterogeneities that hinder SAM film formation. The aim of this work was to study the corrosion protection of aluminum AA 2024-T3 associated with SAM, after treatment with alkaline degreasing. The electrochemical characterization was carried out by electrochemical impedance spectroscopy and anodic potentiodynamic polarization in Na2SO4 0,5 mol.L-1 in pH 4,0. The superficial morphology was investigated by optic microscopy. The results showed that SAM promoted greater aluminum protection when this was pretreated with degreasing.

Keywords: Aluminum alloy, self-assembly monolayers, corrosion.


 

 

1. Introdução

O alumínio e suas ligas são largamente empregados no cenário mundial, quando se trata da fabricação de aviões, peças de automóveis e de barcos entre outras aplicações. Isso só é possível em função de certas propriedades que as ligas de alumínio possuem, como baixa densidade, boa ductilidade, boa condutividade térmica e elétrica, além de boa resistência mecânica e boa resistência à corrosão (Gentil, 1987; Rodrigues et al., 1998; Weng et al., 1996; Villamil et al., 1995).

A liga AA 2024 é muito usada, entretanto o problema relacionado à corrosão, principalmente à corrosão por pites, faz com que haja a necessidade de desenvolvimento de tratamentos de superfície para retardar o processo de degradação (Rodrigues et al., 1997).

Devido aos problemas relacionados à corrosão, processos de tratamento de superfícies metálicas são utilizados para a proteção das ligas de alumínio. Para esses materiais, os tratamentos mais utilizados são a fosfatização e a cromatização. Revestimentos de conversão de fosfato tricatiônico são os mais utilizados e são constituídos por aditivos como níquel, zinco e manganês. Esses elementos e, principalmente, o níquel, são causadores de problemas de saúde e ambientais (Rodrigues et al., 1999; Tusi, et al., 2005; Alexander et al., 2003; Felhosi e t al., 2002).

O processo de cromatização utiliza, em sua composição, o crômio hexavalente, que é associado a problemas carcinogênicos. Apesar de os processos de cromatização e fosfatização apresentarem problemas ambientais e afetarem a saúde humana, eles são, atualmente, os que têm maior eficiência, justificando seu uso (Rodrigues et al., 1999; Tusi, et al., 2005; Alexander et al., 2003; Felhosi e t al., 2002).

Para que a eficiência desses processos de proteção já mencionados seja melhorada, normalmente são utilizados pré-tratamentos como: banho ácido, banho alcalino e uso de soluções contendo fluoretos (Rodrigues et al., 1998).

O banho ácido e de fluoretos são utilizados para que haja homogeneização superficial por meio da ruptura do óxido de alumínio da superfície, para posterior formação de um novo óxido mais homogêneo, que implicará uma melhora no processo de proteção, quando forem aplicados os processos de tratamento de superfície (Weng et al., 1996; Villamil et al., 1995).

O uso de banhos alcalinos, em peças de alumínio, dissolve os precipitados existentes na superfície do alumínio, devido à formação dos hidróxidos dos elementos presentes no precipitado, que, geralmente, são solúveis, diminuindo, ou até extinguindo, a heterogeneidade da superfície, favorecendo a formação de um novo filme de óxido de alumínio mais resistente e homogêneo, o que aumentará a eficiência da formação das camadas protetoras dos processos de cromatização e fosfatização (Weng et al., 1996). Esse trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de corrosão da liga de alumínio AA 2024-T3 pré-tratada com desengraxante alcalino e revestida com moléculas auto-organizáveis.

 

2. Materiais e métodos

Preparação das amostras

A superfície da liga de alumínio AA 2024-T3 com área geométrica de 0,28 cm2, cuja composição química é apresentada na Tabela 1, foi lixada sequencialmente com lixas de SiC de #600 e #1200, enxaguada com água e etanol, em um sonicador, e seca com ar quente.

Pré-tratamento desengraxante

As amostras da liga de aluminio AA 2024-T3, após serem lixadas, foram imersas em uma solução de desengraxante alcalino em três diferentes concentrações: 0,5%, 2,5% e 5%, durante 5 minutos a 25 ± 2oC.

Obtenção do Filme de SAM

A formação do filme de moléculas auto-organizáveis (SAM) na superfície da liga AA 2024-T3 foi realizada por imersão dos eletrodos em solução aquosa de 90 mgL-1 de alcanodifosfonado, a 30 ± 2 ºC durante 30 minutos.

Caracterização Eletroquímica

A caracterização eletroquímica da liga de alumínio em três condições não tratada (AA2024 - T3), com pré-tratamento (PT) com desengraxante (0,5%, 2,5% e 5%) (AA2024 - T3 + PT) e com pré-tratamento (0,5%, 2,5% e 5%) com SAM (AA2024 - T3+PT+SAM) foi realizada em uma solução naturalmente aerada de Na2SO4 0,5 mol.L-1 com pH = 4, ajustado com solução-tampão de biftalato de potássio 0,1 mol.L-1 e hidróxido de sódio 0,1 mol.L-1, a 20ºC.

Utilizou-se um arranjo experimental de três eletrodos. Um fio de platina como contraeletrodo e eletrodo sulfato mercuroso Hg/Hg2SO4 (ESM) como referência. As medidas eletroquímicas foram realizadas em um analisador de frequência (Gamry modelo EIS 300®), acoplado a um potenciostato da Gamry PCI4/300®.

A espectroscopia de impedância eletroquímica foi executada na faixa de 10 kHz a 10 mHz, com uma amplitude de perturbação de 10 mV (rms) em relação ao potencial de corrosão. As curvas de polarização potenciodinâmica anódicas foram obtidas com velocidade de varredura de 1 m.Vs-1.

 

3. Resultados e discussão

Espectroscopia de impedância eletroquímica

Ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) foram realizados para avaliar a resistência à corrosão, em condições estacionárias, das amostras de alumínio com pré-tratamento com e sem SAM.

Na Figura 1, é apresentado o diagrama de Nyquist obtido para amostras da liga AA 2024-T3 sem e com o pré-tratamento com desengraxante e moléculas auto-organizáveis.

Observa-se, na Figura 1, que as amostras tratadas com SAM apresentaram maiores valores de impedância, indicando que o tratamento da superfície do alumínio com moléculas auto-organizáveis aumentou a resistência à corrosão do metal-base para todas as concentrações de desengraxante estudadas, entretanto, para a concentração de 0,5% de desengraxante, os resultados de impedância foram melhores.

A comparação dos resultados de impedância, para os sistemas estudados, é apresentada na Figura 2.

No diagrama de Nysquist da Figura 2 (A), é possível observar que a amostra de alumínio que recebeu o tratamento com desengraxante 5% apresentou maiores valores de impedância e o pré-tratamento de desengraxe, com a concentração de 2,5%, apresentou os valores mais baixos de impedância. Tal comportamento sugere que, em concentrações mais elevadas, o desengraxante, torna a superfície metálica mais homogênea, fazendo com que os valores de impedância aumentem.

A aplicação de SAM, na superfície da liga de alumínio AA 2024–T3, altera o comportamento de impedância das amostras pré-tratadas, como mostra o diagrama de Nyquist da Figura 2 (B). Os resultados obtidos para as amostras tratadas com desengraxante, nas concentrações de 0,5% e 5% ficaram bastante próximos. As amostras pré-tratadas com desengraxante, na concentração de 2,5% mostraram-se menos resistentes à corrosão.

Polarização potenciodinâmica anódica

Os ensaios de polarização potenciodinâmica anódica foram realizados após os ensaios de impedância e os resultados são apresentados na Figura 3.

Na Figura 3, é possível observar que a amostra de alumínio AA 2024 – T3 somente polida apresenta valores de densidade de corrente menores, podendo ser considerado passivo na faixa de potencial varrida. A amostra pré-tratada com desengraxante apresentou elevação da densidade de corrente, sugerindo que o pré-tratamento esteja ativando a superfície do alumínio. A aplicação do SAM na superfície do metal pré-tratado, promove uma diminuição nas densidades de corrente, quando comparadas às amostras não tratadas com SAM, mas desengraxadas. Esses resultados sugerem que o filme de SAM melhora as propriedades de corrosão do metal-base desengraxado.

Microscopia óptica

Foram realizados ensaios de microscopia óptica após o pré-tratamento com desengraxante alcalino e, também, após o tratamento com moléculas auto-organizáveis. Na Figura 4, é mostrada a morfologia da superfície da amostra de alumínio AA 2024 – T3, após o polimento.

 

 

Observa-se que existem pontos escuros denominados precipitados, que são formados durante o processo metalúrgico de obtenção da liga de alumínio.

A seguir, a Figura 9 apresenta a morfologia superficial da amostra de alumínio pré-tratada com desengraxante alcalino 0,5 %, 2,5 % e 5 % não tratada e tratada com SAM.

Observa-se, a partir das Figuras 5 (A), 5(B) e 5(C), que, apesar de ainda existirem precipitados na superfície da liga de alumínio, o aumento da concentração de desengraxante torna a superfície mais homogênea, pois uma menor quantidade de precipitados pode ser observada com o aumento da concentração, possivelmente devido à eficiência na dissolução de precipitados.

 

4. Conclusão

Os resultados eletroquímicos mostraram que o pré-tratamento com desengraxante alcalino, nas concentrações de 2,5% e 5%, promoveu a dissolução dos precipitados na superfície da liga de alumínio 2024 –T3.

A adição de SAM, na amostra, melhora as condições da amostra pré-tratada, porém o aumento da resistência à corrosão não foi tão significativo quanto o esperado.

 

5. Agradecimentos

Ao CNPq, a FAPESP, a Fundação Araucária, a CAPES e a FINEP, pelo suporte financeiro destinado a essa pesquisa.

 

6. Referências bibliográficas

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Artigo recebido em 13 de janeiro de 2011.
Aprovado em 22 de novembro de 2011.