Estudo eletroquímico da liga Ti-4Si em meio de NaCl/Etilenoglicol por técnica de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Físico-Química

Autores

do Nascimento, T.B. (UFGD) ; Mendes, E.C. (UFGD) ; Rosso, O.T. (UFGD) ; Ramires, I. (UFGD) ; Gonçalves, H.M. (UFGD)

Resumo

No presente trabalho, o comportamento eletroquímica da liga Ti-4Si foi estudado por técnica de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica em solução de etilenoglicol 40 % (v/v) em NaCl 3,5 % (m/v).

Palavras chaves

titânio; corrosão; impedância eletroquímica

Introdução

As ligas de titânio são largamente usadas em aplicações onde elevada resistência e baixa densidade são propriedades importantes. Titânio ligado com silício proporciona um método de baixo custo para a produção, devido ao ponto de fusão muito mais baixo da mistura eutética de 8,5 % de Si, em comparação com o titânio puro. Vários trabalhos já demostraram que as ligas de Ti são protegidas por um filme passivo aderente e insolúvel. As ligas de Ti-Si contêm principalmente Ti e alguns silicetos de titânio, tais como Ti3Si e Ti5Si3. Do ponto de vista de formação de óxidos estáveis, óxidos de TiO2 e SiO2 formam-se simultaneamente sobre a superfície quando exposta ao ar. O SiO2 mais estável poderia proporcionar uma maior resistência à corrosão do que a formação de TiO2. Dos muitos métodos utilizados para melhorar a resistência a oxidação de ligas à base de Ti, a adição de silício tem sido extensamente estudada. Vários trabalhos demonstram que a adição de Si aumenta a resistência a oxidação em altas temperaturas, bem como o seu desgaste e resistência a fluência. O comportamento da dissolução anódica do titânio em NaCl contendo etilenoglicol, tem sido muito estudado para a obtenção de superfícies eletropolidas de titânio. Deguchi et al. relataram em um novo estudo para eletropolimento, a utilização de uma solução de etilenoglicol contendo NaCl. Depois de remover a camada de óxido formada pelo ar, em potenciais superiores a 10 V vs (Ag/AgCl/KCl saturado), a dissolução anódica de titânio é controlada pelo processo de transferência de massa, em soluções que contenham mais de 40 % de NaCl a 293 K.

Material e métodos

A liga utilizada foi titânio Ti-4Si preparada de maneira a apresentar a superfície isenta de imperfeições. A técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica foi realizada em solução de 60% NaCl 3,5% (m/v) com 40% etilenoglicol (v/v). . Aplicou-se como potencial inicial o potencial de corrosão, observado em curvas de polarização, e depois nos potenciais de 1,5 V; 2,2 V e 2,8 V, com perturbação AC de amplitude igual a 10 mV numa faixa de frequência de 100 kHz a 10 mHz. A célula eletroquímica foi composta do eletrodo de Ag/AgCl como eletrodo de referência, o eletrodo de platina como contra eletrodo e a liga de titânio como eletrodo de trabalho. Todos os trabalhos foram realizados em um potenciasto/galvanostato AUTOLAB PGSTAT 302N acoplado a um FRA.

Resultado e discussão

Analisando-se os espectros de EIE da Figura 1, podemos constatar que no intervalo de – 0,34 a 1,50 V, ocorre uma pequena redução no arco capacitivo devido a corrosão do filme de óxido formado na liga em contato com o ar. Pode-se notar que no intervalo de 1,50 a 2,20 V ocorre uma maior redução no arco, devido a possível dissolução de TiO2 na amostra. Já no intervalo de 2,20 a 2,60 V ocorre uma pequena redução no arco capacitivo, indicando uma dissolução parcial de TiO2 na liga. Tal fato pode ser atribuído ao filme de Etilenoglicol formado sobre a superfície de TiO2 inicial, protegendo parcialmente tal camada, e também impedindo uma formação significativa da camada de óxido de estrutura diferente. Nos espectros de Bode ângulo de fase (Figura 2), pode se observar que com o aumento do potencial não houve a formação de duas constantes de tempo indicando a ausência da formação do filme de óxido de TiO2 e também há uma pequena corrosão do filme de TiO2 inicial, mas sem oxidar a liga pois não há formação de uma segunda constante de tempo expressiva.

Diagrama de Nyquist, em Etilenoglicol 40 % (v/v) em NaCl 3,5 % (m/v) para a liga Ti-4Si, no intervalo de – 0,34 V a 2,80 V.


Diagrama de Bode ângulo de fase vs log(f) em Etilenoglicol 40 % (v/v) em NaCl 3,5 % (m/v) para a liga Ti-4Si, no intervalo de – 0,34 V a 2,80 V.

Conclusões

As medidas de EIE demonstram que em Etilenoglicol nota-se uma diminuição sucessiva dos espectros de Nyquist caracterizando a ausência da formação expressiva do filme de óxido poroso de TiO2, pois nos diagramas de Bode foi observado apenas uma constante de tempo. Fato este que se deve ao solvente orgânico citado, a aderir na superfície da liga impedindo a formação do novo filme de TiO2 em quantidade suficiente para haver uma repassivação.

Agradecimentos

Agradecimentos ao CNPq pela bolsa de mestrado concedida.

Referências

DEGUCHI, T.; CHIKAMORI, K. Proceedings of the 2005 Annual Meeting of the Japan Society for Precision Engineering, p. 539, 2005.
FUSHIMI, K.; HABAZAKI, H. Anodic dissolution of titanium in NaCl-containing ethylene glycol. Electrochimica Acta, v. 53, p. 3371–3376, 2009.
JIANG, Z.; DAI, X.; MIDDLETON, H. Effect of silicon on corrosion resistance of Ti–Si alloys. Materials Science and Engineering, v. B176, p. 79–86, 2011.
SCHUTZ, R. W. Corrosion of titanium and titanium alloys. Metals Handbook. 9ed. NY: ASM-International, v.13, p.669-706. 1987.