REVESTIMENTO NANOCERÂMICO E FOSFATIZAÇÃO NA PROTEÇÃO À CORROSÃO DO AÇO CARBONO – UM ESTUDO COMPARATIVO
AUTORES: Santos, J.P.C. (UFRGS) ; Scienza, L.C. (UFRGS) ; Possani, G.K. (UFRGS) ; Schneider, E.L. (UFRGS)
RESUMO: O desenvolvimento de tratamentos de superfícies contra a corrosão que sejam eficazes, de baixo custo e ambientalmente corretos é um desafio. O objetivo do trabalho foi obter um revestimento nanocerâmico à base de ácido hexafluorzircônico sobre aço carbono e avaliar o desempenho à corrosão em uma solução salina ácida. O estudo incluiu ensaios de imersão com monitoramento do potencial de circuito aberto, curvas de polarização potenciodinâmicas e espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados foram comparados com um tratamento comercial de fosfatização à base de fosfato de zinco. Eles mostraram uma eficiência de inibição cerca de 20% inferior ao revestimento de fosfato de zinco. Os resultados foram promissores, mas ajustes devem ser feitos para aumentar a eficiência do tratamento.
PALAVRAS CHAVES: Nanocerâmico; Corrosão; Aço carbono
INTRODUÇÃO: É crescente o interesse por pesquisas científicas relacionadas a processos que envolvam o uso de substâncias menos prejudiciais ao meio ambiente. Os tratamentos nanocerâmicos são assim denominados devido à conversão de camadas nanoestruturadas de óxido de metais como titânio e/ou zircônio (DRONIOU; FRISTAD; LIANG, 2005), obtidas a partir de um método sol-gel ou por imersão em soluções contendo hexafluoretos, como o ácido hexafluortitânico e o ácido hexafluorzircônico. A principal vantagem dos nanocerâmicos, em relação aos tratamentos à base de fosfatos e cromatos, é a diminuição da quantidade e da toxicidade dos efluentes resultantes do processo (ANJOS-MORAES et al., 2019). São mais ecológicos pela redução do consumo energético, os custos com tratamento e disposição de efluentes, limpeza e manutenção. São compatíveis com diversos substratos metálicos e oferecem o benefício da construção leve, por produzirem uma camada de espessura nanométrica (SCHULZ, 2013). Outras vantagens incluem a redução nas etapas de processo e a possibilidade de aplicação nas mesmas instalações existentes em outros tratamentos de superfície (ANJOS-MORAES et al., 2019). Os banhos nanocerâmicos podem conter aditivos orgânicos para aumentar a adesão de revestimentos orgânicos sobre eles (SANTOS, 2016) ou ainda adicionar coloração (COSTA, AGNOLI; FERREIRA, 2015). Podem conter surfactantes ou outros aditivos inorgânicos, a fim de aumentar a espessura da camada, modificar a sua estrutura ou adicionar uma funcionalidade como auto reparação (MILOSEV; FRANKEL, 2018). O objetivo do trabalho foi obter um revestimento nanocerâmico à base de ácido hexafluorzircônico sobre aço carbono e avaliar seu desempenho à corrosão em uma solução salina ácida, comparando-o com um revestimento tradicional de fosfatização.
MATERIAL E MÉTODOS: Chapas de aço carbono SAE 1008 de 0,9 mm de espessura e laminadas a frio foram utilizadas como corpos de prova, submetidos a vários estágios: lixamento (360 até 2000#), lavagens sequenciais com água DI, desengraxe alcalino, decapagem ácida, secagem em fluxo de ar frio. Para obter o revestimento nanocerâmico, as amostras foram imersas na solução nanocerâmica (0,01 mol.L-1 de H2ZrF6, pH 4,0 ± 0,1) por 2 min à temperatura ambiente, lavadas e secadas em estufa a 120ºC por 15 min. As soluções da fosfatização à base de fosfato de zinco foram preparadas conforme instruções do fornecedor (Klintex Insumos Industriais Ltda). Os ensaios eletroquímicos foram conduzidos num eletrólito de NaCl 0,1 mol.L-1, com pH ajustado em 3,5 ± 0,2. Um eletrodo de referência (Ag/AgCl) foi utilizado, a amostra o eletrodo de trabalho com área de teste delimitada a 1,0 cm2. As medidas de OCP foram feitas em células eletroquímicas de dois eletrodos (eletrodo de trabalho e eletrodo de referência) com 50 mL de volume útil e as medidas tomadas com o auxílio de um multímetro da marca Minipá ET-1005. Para os ensaios EIS e PDP foi utilizado um potenciostato/galvanostato Methrom DropSens 400is conectado ao software DropView. A célula eletroquímica com capacidade para 120 mL de solução tinha três eletrodos: eletrodo de referência, eletrodo de trabalho e um contra-eletrodo de fio de platina. Para obter o estado estável do eletrodo de trabalho, ficou imerso em solução de teste por 30 minutos antes de cada medição. As impedâncias foram obtidas em uma faixa de frequências de 10−2 Hz a 106 Hz, com amplitude da tensão de 10-2 V em relação ao OCP. As curvas de polarização potenciodinâmica foram varridas de -0,50 V a +0,50 V versus OCP com taxa de varredura de 5.10-3 V.s-1.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A dependência do tempo do OCP diminuiu rapidamente durante a primeira hora de imersão, estabilizando em –0,68 V para o aço não protegido (Branco), -0,62 V para o aço fosfatizado e –0,55 V para o aço com revestimento nanocerâmico, permanecendo próximos a estes valores até 72 h de imersão. As amostras submetidas aos tratamentos nanocerâmicos apresentaram valores de OCP mais nobres em consequência da formação de óxido de zircônio na superfície, dificultando a dissolução do metal neste meio. A Figura 1(a) mostra o diagrama de Nyquist obtido no ensaio de EIS. O circuito equivalente (Rs(RpCPE)), Figura 1(b), foi utilizado para modelagem do comportamento eletroquímico para a obtenção dos valores dos elementos do circuito equivalente que contam na Figura 1(c). Constatou-se que os revestimentos nanocerâmico e fosfatizado aumentaram significativamente a resistência à polarização do aço carbono neste meio, proporcionando resistência à corrosão. Os resultados do ensaio de PDP são apresentados na Figura 2. As curvas mostraram que, sob polarização dinâmica, as densidades de correntes (J) anódicas e catódicas em presença do revestimento nanocerâmico são muito próximas às do aço não revestido. O aço fosfatizado, contudo, apresentou um deslocamento do potencial de corrosão (Ecorr) para valores mais nobres, em cerca de 120 mV, e densidades de corrente menores. A análise dos resultados de eficiência percentual (η%) calculados pelos métodos EIS e PDP permite inferir que o tratamento nanocerâmico proposto providenciou eficiência de proteção para o aço carbono acima de 60% em relação ao aço não revestido. Esta eficiência, contudo, foi inferior àquela obtida com a fosfatização à base de fosfato de zinco (cerca de 83%).
CONCLUSÕES: O tratamento nanocerâmico à base de ácido hexafluorzircônico mostrou capacidade de proporcionar proteção à corrosão do aço carbono em solução aquosa ácida de NaCl 0,1 M. Em relação ao metal não protegido (Branco), o tratamento nanocerâmico desenvolvido obteve resultado de eficiência de inibição da corrosão em cerca de 62%, ficando abaixo da fosfatização à base de fosfato de zinco (83%). Revestimentos nanocerâmicos constituem uma alternativa promissora em substituição à fosfatização, porém a otimização do tratamento deve ser efetuada para aumentar a eficiência de inibição destes revestimentos.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a FAPERGS (Edital PqG 05/2019) e a CAPES/PROEX pelo apoio financeiro e ao CNPq pela concessão da bolsa de iniciação científica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ANJOS-MORAES, J. D. et al. Electrochemical behavior during the zirconium conversion coating formation on AISI 1006 steel. Materials Research, v. 22, n. 5, p. 1-7, 2019.
COSTA, J. S.; AGNOLI, R. D.; FERREIRA, J. Z. Corrosion behavior of a conversion coating based on zirconium and colorants on galvanized steel by electrodeposition. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração, v. 12, n. 2, p. 167-175, 2015.
DRONIOU, P.; FRISTAD, W. E.; LIANG, J. Nanoceramic-based conversion coating. Organic Finishing, p. 41-43, 2005.
MILOŠEV, I.; FRANKEL, G. S. Review - conversion coatings based on zirconium and/or titanium. Journal of The Electrochemical Society, v. 165, n. 3, p. 127- 144, 2018.
SANTOS, F. S. Estudo da adição de polietilenoglicol em ácido hexafluorzircônio na formação da camada nanocerâmica. 2016. 55 p. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais (PPGE3M). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2016.
SCHULZ, D. Painting trends in the automotive industry. Metal Finishing, v. 111, n. 5, p. 38-40, 2013.