Autores
Martins dos Santos, V. (UFF - UNIVERSIDADE FEFERAL FLUMINENSE) ; Machado Fernandes, C. (UFF - UNIVERSIDADE FEFERAL FLUMINENSE) ; Salazar, F. (UCR - UNIVERSIDAD DE COSTA RICA) ; Alvarez Galan, L. (UCR-UNIVERSIDAD DE COSTA RICA) ; Ariel Ponzio, E. (UFF - UNIVERSIDADE FEFERAL FLUMINENSE)
Resumo
O trabalho a seguir visa avaliar o potencial três moléculas derivadas chalcona como inibidores de corrosão para aço carbono em meio ácido. O estudo das eficiências dessas substâncias para proteção do material é feito através de ensaios gravimétricos, para determinação da taxa de corrosão e porcentagem de recobrimento da superfície com um filme protetivo da molécula inibidora, de medidas eletroquímicas, para melhor entendimento dos processos de corrosão e mecanismo de proteção, e do uso de microscopia de força atômica, para fins de comparação visual entre as superfícies do material em diferentes cenários de exposição.
Palavras chaves
Inibidores de Corrosão; Aço Carbono; Derivados de Chalcona
Introdução
A corrosão é um processo eletroquímico espontâneo de deterioração do material, capaz de gerar diversos prejuízos. Enquanto isso, o aço carbono, um material comum e utilizado em diversos tipos de estruturas metálicas, quando exposto a soluções ácidas, como durante um procedimento de limpeza, pode sofrer diversos danos corrosivos, geralmente relacionados a perda de integridade e falhas técnicas nos equipamentos que contam com esse tipo de liga (PADHAN et al, 2022). Visando conter esse tipo de problema, o uso de inibidores de corrosão tem sido amplamente estudado para refrear os processos de corrosão metálica, utilizando moléculas capazes de adsorverem na estrutura do material através de interações de naturezas químicas ou físicas, e formarem um filme protetor para preservar o substrato do meio agressivo (Machado Fernandes et al, 2020). Atualmente, as moléculas orgânicas têm sido amplamente investigadas devido ao baixo preço e toxicidade, quando comparadas a compostos inorgânicos, mais comuns antigamente (Haogang Li et al, 2022). Além disso, como a eficiência de uma substância como inibidora de corrosão é proporcional a adsorção da mesma na superfície metálica, é importante destacar que compostos orgânicos contam com características químicas que, de acordo com a literatura, melhoram a adsorção, tais como a presença de ligações duplas conjugadas, encontradas facilmente em anéis aromáticos, e heteroátomos com par de elétrons não ligantes (Machado Fernandes et al, 2022). Com isso, o trabalho visa estudar o potencial de três moléculas orgânicas derivadas da chalcona como inibidores de corrosão para aço carbono em meio ácido, através de ensaios de perda de massa, medidas eletroquímicas e caracterização de superfície pelo uso de microscopia de força atômica.
Material e métodos
Os ensaios gravimétricos foram utilizados para determinação da taxa de corrosão, em mm/ano. Este consiste na variação da perda de massa do material através da exposição de um corpo de prova em solução ácida contendo determinada concentração de inibidor durante 5 h, seguido da remoção dos produtos de corrosão com auxílio de uma solução decapante adequada, sendo esse caso, a solução de Clark (1 L de HCl concentrado, 20 g de Sb2O3 e 50 g de SnCl2). Após a realização da limpeza, é possível obter a massa do corpo de prova após o ensaio e, usando a massa inicial conhecida, realizar a ferramenta matemática de regressão linear nos dois pontos conhecidos e verificar a interseção entre as retas para obter a massa final, que é utilizada na equação para calcular a taxa de corrosão. Após os ensaios de perda de massa, são conduzidas medidas eletroquímicas para melhor entendimento do comportamento corrosivo na superfície dos corpos de prova. Com auxílio de um potenciostato/galvanostato, foi montada uma célula eletroquímica de três eletrodos, onde o eletrodo de trabalho (WE) é o própio corpo de prova, o de referência (RE) é o de Ag|AgCl o contra eletrodo (CE) é um fio de platina. Os eletrodos foram imersos numa solução ácida contendo uma determinada concentração de inibidor por 1 h, para varredura do potencial de circuito aberto (OCP) e estabilização do sistema. Após isso, foi realizado a análise de impedância eletroquímica, com frequências de 100 kHz a 10 mHz (±10 mV de amplitude) em torno do OCP. Em seguida, foi feito o ensaio de resistência a polarização linear, variando 20mV de potencia em relação ao potencial de circuito aberto. Por último, foi executado a medida de polarização potenciodinâmica com aplicação de ±300 mV a 1 mV/sec (em relação ao OCP).
Resultado e discussão
Os ensaios gravimétricos, realizados para avaliar a eficiência das moléculas inibidores de corrosão e feitos a temperatura ambiente, verificou a diminuição na taxa de corrosão e consequente aumento da eficiência, sendo a mesma, presente numa faixa entre 84 – 94% na concentração máxima estudada (1 mmol L-1) desses inibidores, a depender dos grupos funcionais presentes nos derivados. Esses dados indicam a formação de um filme protetor da molécula na superfície do aço. O uso da microscopia de força atômica serviu para avaliar a topografia da superfície em três situações distintas: após as etapas iniciais de tratamento de superfície com auxílio de lixas d´agua, depois da exposição ao meio agressor sem presença de inibidor e após o ensaio de perda de massa e exposição prolongada de 5 h ao meio ácido acrescido das moléculas inibidoras em sua maior concentração. As diferenças visuais das superfícies indicam o dano que o meio ácido é capaz de promover na ausência de inibidor, mostrando uma topografia mais agredida quando comparada aquela com a molécula protetora, que mantém seu aspecto mais preservado. Por último, as técnicas eletroquímicas foram utilizadas para melhor compreensão dos processos de corrosão e mecanismos de proteção que ocorrem na superfície do material. A espectroscopia de impedância eletroquímica indicou a tendência do aumento do semicírculo junto ao aumento da concentração das moléculas, relacionando o efeito das mesmas na resistência a transferência de carga. Além disso, as curvas de polarização potenciodinâmica indicaram uma diminuição expressiva das correntes anódicas e catódicas de acordo ao aumento da concentração dos inibidores na solução, relacionando a menor ocorrência de reações de oxirredução e, consequentemente, menor corrosão do material.
Conclusões
Com isso, é possível concluir que as três moléculas estudadas apresentaram ótimos resultados como inibidores de corrosão para aço carbono em meio ácido, sendo capazes de formar um filme protetor que preserva o material, além de dificultar os processos de transferência de carga e diminuir os mecanismos de oxirredução da superfície do material.
Agradecimentos
UFF, CNPq, CAPES, FAPERJ.
Referências
Li, HAOGANG, ZHANG, YANBINLI, CHANGHE et al. Cutting fluid corrosion inhibitors from inorganic to organic: Progress and applications. Korean Journal of Chemical Engineering, v. 39, n. 5, p. 1107-1134, 2022.
MACHADO FERNANDES, CAIO et al. Corrosion inhibition and ecotoxicological assessment of 1,2,3-triazolic alcohols. Materials Chemistry and Physics, v. 290, p. 126508, 2022
MACHADO FERNANDES, CAIO et al. Study of three new halogenated oxoquinolinecarbohydrazide N-phosphonate derivatives as corrosion inhibitor for mild steel in acid environment. Surfaces and Interfaces, v. 21, p. 100773, 2020.
PADHAN, SUBASH; ROUT, TAPAN KUMAR; NAIR, UDAYABHANU G. N-doped and Cu,N-doped carbon dots as corrosion inhibitor for mild steel corrosion in acid medium. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, v. 653, p. 129905, 2022.
