Filmes finos cerâmicos depositados por Plasma Eletrolítico de Oxidação em Al com eletrólito de Na2Sio3

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Paiva, D.S. (UFERSA) ; Silva, H.F.M. (UFRN) ; Toscano, T.D. (UFERSA) ; Menezes, F.L.G. (UFERSA) ; Junior, C.A. (UFERSA)

Resumo

O tratamento de superfície dos materiais tem por finalidade conferir ao material novas características sem alterar suas propriedades internas e, como consequência disso, aumentar o campo de suas aplicações. Neste trabalho uma técnica relativamente nova foi utilizada para criar filmes finos de óxidos em alumínio, denominada Plasma Eletrolítico de Oxidação (PEO). Amostra de uma liga de alumínio foi tratada pelo processo de PEO, com tempo de exposição de 900s. Neste trabalho buscou-se melhorar o entendimento da técnica de PEO, além de observar e caracterizar a formação do filme que foi conferido a superfície do substrato metálico. No que tange a caracterização das amostras, foi realizada a Microscopia eletrônica de varredura (MEV), DRX com incidência rasante e calculada a variação do peso.

Palavras chaves

tratamento de superfície; PEO; alumínio

Introdução

O tratamento de superfície dos materiais tem por finalidade conferir ao material novas características sem alterar suas propriedades internas e, como consequência disso, aumentar o campo de suas aplicações. A utilização de revestimentos cerâmicos em metais tem se mostrado uma técnica bastante atrativa para a indústria por promover excelente resistência ao desgaste e a corrosão (ANTONIO, 2011). Tem sido desenvolvida uma técnica relativamente nova para criar filmes finos de óxidos em metais leves, denominada Plasma Eletrolítico de Oxidação (PEO). O processo de PEO utiliza a mesma configuração da eletrólise convencional, mas é realizado a voltagens muito mais elevadas, geralmente na faixa de 400-700 V, e envolve um efeito de micro-descargas, que é apresentado em forma de faísca como resultado da ruptura dielétrica localizada no revestimento (MÉCUSON et al, 2005). Na tentativa de atender aos requisitos de sustentabilidade ambiental, o processo de PEO tem se mostrado um bom substituto dos métodos convencionais, já que na solução eletrolítica utilizada no processo não contém cromatos, metais pesados, solventes, ácidos ou outros componentes químicos tóxicos. Portanto, não exige tratamentos complexos antes de ser descartado e não oferece nenhum perigo durante seu manuseio. Desta forma, o objetivo deste trabalho é melhorar o entendimento da técnica de Plasma Eletrolítico de Oxidação, para que possa ser controlado para produzir revestimentos com propriedades melhoradas, além de observar e caracterizar a formação do filme que foi conferido a superfície do substrato metálico.

Material e métodos

A pesquisa foi conduzida no Laboratório LABPLASMA/UFERSA. As amostras foram produzidas a partir de uma chapa de alumínio com as seguintes configurações dimensionais: 23 mm x 23 mm x 0,7 mm. Antes de começarmos o procedimento, o substrato passou por um processo de polimento com lixas na seguinte sequência granulométrica: 220, 400, 600, 1500 e 2000 micras. Em seguida, foi aplicado alumina em suspensão 0,05 μ com pano de algodão em uma politriz lixadeira metalográfica até a superfície apresentar aparência espelhada. Afim de remover as impurezas e para garantir a ausência de resíduos, a amostra foi submetida a um processo de limpeza que consistia em lavá-la em uma cuba ultrassônica com solução de detergente por 660 segundos, em seguida foi enxaguada com água destilada e álcool 70%. Após o término deste processo, a amostra foi seca utilizando um soprador térmico. Neste estudo, a solução eletrolítica utilizada foi o silicato de sódio (Na₂SiO₃), com uma concentração de 1g/L. Com auxílio de uma balança analítica, pesou-se 1 g do eletrólito (silicato de sódio) e diluído em 1 L de água destilada, com pH inicial de 11,8. O processo de tratamento foi realizado em um protótipo conforme ilustrado na Figura 1, este foi adaptado de DEHNAVI (2014). A tensão foi aumentada linearmente, até atingir a condição de eletrolise a plasma, isto é, o aparecimento de luminescência em forma de primeiros micro-arcos. Estes micro-arcos movem-se rapidamente em torno da superfície da amostra, possui distribuição uniforme e apresenta coloração branca. Neste trabalho, foi realizado um estudo com a tensão de um valor de 550 V e densidade de corrente de 0,08 A/cm2. As amostras foram pesadas antes e depois do tratamento e em seguida foi analisada no MEV e por DRX com incidência rasante

Resultado e discussão

Verificada as condições necessárias e a eficácia do equipamento na geração do plasma em meio eletrolítico, iniciou-se o tratamento da amostra para o tempo de 900s. O substrato de interesse do estudo foi fixado no anodo, onde ocorre a descarga de plasma e a criação do filme de óxido na superfície da amostra. Após o tratamento pode-se observar macroscopicamente que houve modificação na superfície do substrato, como podemos verificar na comparação entre as imagens Figura 2 (a) e (b). Sendo (a) amostra não tratada e (b) amostra após o tratamento de PEO por um período de 900s. Afim de avaliar a deposição na superfície do substrato foi realizada a caracterização microestrutural. Através do MEV verificou-se que essa deu-se de forma uniforme em toda a amostra, como pode ser observada na Figura 2 - (c), e pelo DRX de incidência rasante como mostrado na Figura 2 – (d) os composto Óxido de Alumínio (Al2O3), Mulita (3Al2O3.2SiO2) e Alumínio (Al) foram observados. Além dos resultados obtidos por microscopia, foi possível observar que após o tratamento houve um aumento na massa do substrato de 2,1x10^-6Kg. Essa modificação superficial é atribuída ao mecanismo de formação de filmes por plasma eletrolítico que ocorre no revestimento de óxido de alumínio sobre a amostra. A eletrólise convencional proporciona o crescimento de um filme de óxido no substrato, o crescimento desse revestimento dá-se pela refusão da alumina e pela incorporação de elemento do meio eletrolítico. Pelo processo de oxidação do alumínio tem-se a formação da alumina que pode ser fundida através da ação dos micro-arcos e rapidamente refrigerada pela solução eletrolítica (XUE et al, 2000). Pelo processo eletrolítico, inicia-se o crescimento do revestimento cerâmico na superfície da amostra.

Conclusões

Através do processo de PEO, foi possível depositar um revestimento cerâmico sob o substrato. A técnica aplicada mostrou-se eficiente, pois houve um aumento no peso da amostra, o que caracteriza que houve deposição. O crescimento do revestimento na amostra deu-se pelo processo de oxidação e por incorporação de elementos contidos na solução. Com a análise da microestrutura realizada no MEV, verificou-se que o crescimento deu-se de forma uniforme e com DRX de incidência rasante, observou-se os compostos esperados.

Agradecimentos

Referências

ANTONIO, C. A. DEPOSIÇÃO DE FILMES POR PLASMA ELETROLÍTICO EM LIGAS DE ALUMÍNIO. Programa de Pos-graduacao em Ciencia e Tecnologia de Materiais (POSMAT) UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA (UNESP), 2011.

MÉCUSON, F. CZERWIEC, T. BELMONTE, T. DUJARDIN, L. VIOLA, A. HENRION, G. Diagnostics of an electrolytic microarc process for aluminium alloy oxidation, Surf. Coatings Technol. 200 (2005) 804–808.


DEHNAVI, V. "Surface Modification of Aluminum Alloys by Plasma Electrolytic Oxidation" (2014). University of Western Ontario - Electronic Thesis and Dissertation Repository. Paper 2311.


XUE W. et al. 2000; SUNDARARAJAN, G. et al. 2003 apud Wei-Chao Gu et al. Characterisation of ceramic coatings produced by plasma electrolytic oxidation of aluminum alloy, Materials Science and Engineering, v.A 447, p.158–162, 2007.