ÁREA
Química de Materiais
Autores
Pieretti, E.F. (IPEN/CNEN) ; Correa, O.V. (IPEN/CNEN) ; Neves, M.D.M. (IPEN/CNEN) ; Oliveira, M.C.L. (UFABC) ; Antunes, R.A. (UFABC)
RESUMO
Óxido de alumínio anódico tem atraído interesse devido ao arranjo regular de nanoporos, grande área de superfície específica, boa estabilidade térmica, ausência de toxicidade e biocompatibilidade. As estruturas OAA têm sido aplicadas em filtros, biossenssores, sensores de oxigênio, catálise e fotocatálise. O arranjo geométrico dos nanoporos torna possível utilizar a alumina como molde para a síntese de várias nanoestruturas, como nanoporos, nanotubos, nanobastões e nanofios que apresentam muitas vantagens em áreas de aplicação avançadas devido a suas propriedades químicas, físicas, mecânicas e ópticas únicas. Dentre os materiais de aplicação biomédica destacam-se algumas ligas de alumínio, pois apresentam resistência mecânica satisfatória, resistência à corrosão e baixo custo.
Palavras Chaves
Biomateriais; revestimentos; eletroquímica
Introdução
O alumínio é usado extensivamente para confecção de componentes estruturais leves como, por exemplo, na indústria automotiva e aeroespacial, onde é necessária uma combinação de resistência mecânica e resistência à corrosão. O alumínio deve sua resistência à corrosão à presença de um óxido passivo que se forma naturalmente em sua superfície quando o metal é exposto à atmosfera (WU et al, p.8, 2007). Este óxido tem espessura nanométrica, o que limita o desempenho do metal em situações mais extremas de solicitação mecânica e ataque químico (WHELAN et al, p.86, 2013). O processo de anodização é utilizado para aumentar essa camada de óxido por meio de reações eletroquímicas em eletrólitos ácidos, principalmente nos meios contendo os ácidos sulfúrico, fosfórico ou oxálico. As superfícies dos materiais de uso biomédico devem ser adequadas à função que exercem; por este motivo a importância do estudo do acabamento superficial aumenta à medida que crescem as exigências do projeto em geometria e precisão nas próteses, órteses e nos utensílios cirúrgicos (PIERETTI et al, p.1221, 2015). Consequentemente aumentam as despesas para os pacientes, convênios médicos e as instituições públicas de saúde. Por isso, torna-se necessário o constante avanço nas pesquisas sobre a utilização de revestimentos de alumina anódica nanoporosa sobre as superfícies dos biomateriais. O presente trabalho apresenta os resultados obtidos para a caracterização superficial de alumina anódica nanoporosa formada sobre chapas de alumínio AA6061, para aplicação em revestimentos biomédicos, por meio de ensaios eletroquímicos.
Material e métodos
A caracterização da resistência à corrosão localizada das amostras de alumínio AA6061, para uso biomédico, com tratamento superficial de anodização com diferentes parâmetros, apresentados anteriormente, bem como o material como recebido (padrão de referência), foi realizada por métodos eletroquímicos. Os ensaios eletroquímicos foram conduzidos em um equipamento potenciostato / galvanostato da Bio-Logic, com software Ec-Lab v 10.33, disponível no Laboratório de Corrosão do IPEN, utilizando-se uma célula eletroquímica vítrea, com três eletrodos, consistindo em um eletrodo de trabalho com área exposta para os ensaios de 1,0 cm², um contra-eletrodo de platina e um eletrodo de referência de calomelano saturado. Foram realizados um total de cinco (5) ensaios para cada tipo de condição de acabamento superficial, totalizando trinta e cinco (35) testes; a saber: 5 ensaios para as amostras como recebido, 5 ensaios para cada uma das amostras anodizadas em ácido oxálico e 5 para cada uma das amostras anodizadas em ácido sulfúrico, (em cada um dos 3 tempos de imersão), a fim de se garantir a reprodutibilidade das condições. Os ensaios realizados consistiram em: monitoramento do potencial de corrosão em circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, polarização linear e, os resultados obtidos estão apresentados nas figuras seguintes.
Resultado e discussão
A Figura 1 apresenta o resultado do monitoramento do potencial de corrosão das
amostras de alumínio com e sem tratamento de anodização em função do tempo de
imersão em solução de Ringer, em circuito aberto. O tempo de monitoramento total
para cada amostra foi de 10 minutos.
Figura 1. Potencial de corrosão em circuito aberto para as amostras de alumínio
AA6061 anodizadas e padrão.
No término do monitoramento, bem como no decorrer do ensaio, todas as amostras
apresentaram potenciais de corrosão estáveis, o que sugere que os filmes gerados
possuem comportamentos uniformes e tendência à estabilidade desde os primeiros
tempos de imersão. Os maiores potenciais foram encontrados para os filmes
protetivos produzidos nas amostras anodizadas em ácido oxálico por 1 hora e por
2 horas, e os menores, nas amostras anodizadas em ácido sulfúrico por 1h.
Os resultados do ensaio de polarização anódica potenciodinâmica estão
apresentados na Figura 2, para as amostras de alumínio AA6061 padrão e
anodizadas. Os resultados representam a reprodutibilidade obtida em 5 ensaios
para cada condição de acabamento superficial de amostra, como descrito
anteriormente.
Após os ensaios eletroquímicos as superfícies foram analisadas em microscópio
eletrônico de varredura (MEV), para se verificar a existência de pites de
corrosão e/ ou dissolução e destacamento dos filmes gerados nas superfícies
anodizadas.
Figura 2. Polarização Potenciodinâmica linear para as amostras de alumínio
AA6061 anodizadas e padrão.
Todas as amostras apresentaram comportamento protetivo de suas superfícies,
maiores potenciais de corrosão em relação à amostra padrão de referência e um
deslocamento para a esquerda, ou seja, para menores valores de densidades de
correntes de corrosão em relação à amostra sem tratamento de passivação. Somente
a amostra anodizada em ácido oxálico por 4h apresentou o comportamento mais
semelhante à amostra padrão. Pelas curvas não se pode visualizar a formação de
pites de corrosão ou indício de frestas, apenas a dissolução contínua e gradual
da camada formada sobre as amostras. A amostra anodizada em ácido sulfúrico por
4h apresentou oscilações na densidade de corrente, o que sugere ser o efeito do
seu acabamento superficial mais rugoso. Este fato foi comprovado pelas análises
de topografia realizadas e apresentadas anteriormente.
Figura 1. Potencial de corrosão em circuito aberto \r\npara as amostras de alumínio AA6061 anodizadas e \r\npadrão.
Figura 2. Polarização Potenciodinâmica linear para \r\nas amostras de alumínio AA6061 anodizadas e padrão.
Conclusões
Estes resultados indicam que os tratamentos de anodização das superfícies de alumínio AA6061 em ácido oxálico ou sulfúrico são efetivos na produção de superfícies resistentes à corrosão localizada, podendo, desta forma, ser utilizados para revestimento deste tipo de superfície, assegurando aumento de vida útil dos dispositivos.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq- Projeto Universal – Nº do Processo: 430231/2018-0, pela verba concedida.
Referências
PIERETTI, E. F., PESSINE, E. J., CORREA, O. V., ROSSI, W., NEVES, M. D. M., Effect of Laser Parameters on the Corrosion Resistance of the ASTM F139 Stainless Steel, International Journal of Electrochemical Science, v. 10, p. 1221 – 1232, 2015.
WHELAN, M.; CASSIDY, J.; DUFFY, B. Sol-gel sealing characteristics for corrosion resistance of anodized aluminum. Surf. and Coat. Technol. 235 (2013) 86-96.
WU, Z.; RICHTER, C.; MENONA, L. A study of anodization process during pore formation in nanopoorus alumina templates. J. Electrochem. Soc. 154 (2007) 8-12.
