8° ENTEQUI - Obtenção de recobrimentos cerâmicos anticorrosivos para ligas metálicas, utilizando o método sol-gel

8º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Vitória/ES, de 09 a 11 de Setembro de 2015.
ISBN: ISBN 978-85-85905-13-2

TÍTULO: Obtenção de recobrimentos cerâmicos anticorrosivos para ligas metálicas, utilizando o método sol-gel

AUTORES: Dannapel, A. (IFSC) ; Temochko, B. (IFSC) ; Moritz, J.G. (IFSC) ; Lira, C. (IFSC)

RESUMO: Os processos convencionais para prevenir e retardar a corrosão, a base de cromo duro, causam impactos ao meio ambiente e prejuízos à saúde humana. Em consequência disso, este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um recobrimento cerâmico através do processo sol-gel para evitar a corrosão e minimizar os efeitos nocivos ao meio ambiente. Como precursor de formação do gel utilizou-se o TEOS, com catálise ácida e básica e, para obtenção do filme protetor, amostras de alumínio foram imersas na dispersão coloidal e tratadas termicamente. Amostras que possuíam o revestimento protetor, quando submetidas ao teste de corrosão acelerado, obtiveram uma perda de massa cerca de 87% menor do que aquelas que não possuíam o filme.

PALAVRAS CHAVES: Corrosão.; Sol-gel.; TEOS.

INTRODUÇÃO: A tecnologia mundial mostra-se ainda muito suscetível aos efeitos prejudiciais da corrosão. Esta se apresenta como um fator danoso para diversas áreas, diminuindo a vida útil de maquinários e insumos.(POLLNOW,2013). No Brasil, em 2011, as perdas de materiais metálicos devido à corrosão consumiram o equivalente a 4% do PIB. (MARQUES, 2013).Para manter equipamentos e ferramentas adequados às tarefas do cotidiano se criaram meios de evitar a corrosão. Atualmente, usa-se o revestimento de cromo duro em grande escala, porém, essa proteção libera íons cromo hexavalente, que oferecem graves riscos ao ambiente e à saúde humana devido à sua toxicidade. Além disso, íons cromo trivalente também são acessíveis ao meio, afetando a vida marinha. (POLLNOW, 2013) Existem, porém, outros métodos de produção de filmes anticorrosivos que são menos danosos à saúde e ao ambiente, como os que utilizam rota de síntese através do processo sol-gel, obtendo-se recobrimentos cerâmicos a base de silicatos. O processo sol-gel refere-se à rota responsável pela síntese de um filme protetor partindo de uma dispersão coloidal até a formação de um gel, apresentando caráter econômico devido à possibilidade do uso de baixas temperaturas de produção. (GOUVEIA, 2013). As reações de hidrólise e condensação do precursor permitem a formação de colóides, conhecido como sol, e posteriormente formação da rede tridimensional, gel. (BRINKER, 1988) No projeto descrito, utilizou-se como precursor o TEOS, devido à sua estabilidade e durabilidade. (GOUVEIA, 2013). A proposta deste trabalho é desenvolver um recobrimento cerâmico através do processo sol-gel para retardar ou inviabilizar o processo de corrosão de ligas metálicas, não agredindo o ambiente e a saúde humana.

MATERIAL E MÉTODOS: A metodologia experimental consistiu na produção do gel, aplicação de filme em amostras de alumínio e realização de testes de corrosão acelerada nas amostras. Os parâmetros utilizados foram selecionados e adaptados com base na literatura. (BRINKER & SCHERER, 1990),(LENZA & VASCONCELOS, 2002). Na produção do gel utilizou-se o TEOS como precursor com dois catalisadores distintos: HCl e NH₄OH, nas seguintes razões molares:5,32:36,23:58,9:0,35 (TEOS:Etanol:H₂O:HCl) e 6,7:2,8:67,3:0,2 (TEOS:Etanol:H₂O:NH₄+). Após o preparo das soluções, estas foram deixadas em estufa a 60ºC por 24h, para então, ser realizada a imersão das amostras a fim de obter-se o filme anticorrosivo. O processo de imersão foi realizado por meio do processo dip coating, mantendo-se constante o tempo de imersão, 20 s. Após recobertas, as amostras foram mantidas por 60 min em estufa a 60ºC e depois tratadas em mufla em temperatura constante por 60 min: metade das amostras a 300ºC e a outra metade a 500ºC. A classificação para os grupos amostrais segue abaixo: Al24-300A - catálise ácida, tratados a 300˚C; Al24-300B - catálise básica, tratados a 300˚C;Al24-500A - catálise ácida, tratados a 500˚C;Al24-500B - catálise básica, tratados a 500˚C; Padrão - amostras não recobertas. As amostras recobertas foram observadas em microscópio óptico para análise de trincas presentes nos filmes. A quantificação de trincas foi realizada por meio da adaptação da Norma ASTM E–562, que consiste no método por contagem manual de interceptos.(ASTM, 2011). Os testes de corrosão foram realizados através da imersão das amostras em solução de ácido clorídrico 2 M por um período total de 120 min, com tomada da medida de suas massas em intervalos de 30 min.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Com a observação de amostras em microscópio óptico, a presença do filme protetor tornou-se evidente, de modo que as amostras recobertas apresentam características diferenciadas quando comparadas à imagem de superfície do grupo padrão. As análises do filme revelaram a presença de trincas no revestimento dos grupos amostrais. Estas foram quantificadas pelo método de contagem de pontos, realizado para os grupos amostrais de catálise básica. O grupo Al24-300B contou com uma quantificação média de 20 pontos percentuais enquanto que o Al24-500B indicou uma média de 34 pontos percentuais, isto é, amostras tratadas a 500ºC possuem um revestimento protetor com um maior número de trincas, o que os torna mais suscetíveis à corrosão. A análise dos dados obtidos através das perdas de massa evidenciou que os grupos com o revestimento anticorrosivo obtiveram valores de perda de massa inferiores aos apresentados pelo padrão, que não possuía o revestimento (Tabela 1). Comparando os resultados dos grupos Al24-500, notou-se uma melhor proteção à corrosão nas amostras com catálise básica. Observando-se a Figura 1, todos os pontos referentes às perdas de massa de Al24-500A, em função do tempo de imersão, estão acima dos exibidos para Al24-500B. Além disto, observando-se a inclinação das curvas no gráfico da Figura 1, nota-se que a oxidação das amostras do grupo Al24-500B se processa mais lentamente. Para os grupos Al24-300, as amostras de Al24-300B demonstraram melhores condições de proteção já que obtiveram valor médio de perda de massa 87% menor do que o apresentado pelo grupo padrão, quando submetidos ao teste de corrosão. Além disto, por meio da velocidade média, evidencia-se que a corrosão se processa mais lentamente para o grupo Al24-300B.

Tabela 1

Perda de massa média dos grupos amostrais nos testes de corrosão após 120 min de imersão em meio ácido.

Figura 1

Variação da perda de massa média dos grupos amostrais em função do tempo de imersão no meio ácido.

CONCLUSÕES: Através da pesquisa realizada evidenciou-se a ação do revestimento protetor, de forma que as amostras recobertas foram menos agredidas pela corrosão. Além disso, amostras tratadas termicamente a 300ºC apresentaram menor quantidade de trincas e menor perda de massa nos testes de corrosão acelerada. Referindo-se aos catalisadores, filmes com catálise básica indicaram melhores resultados. Ao fim das análises, têm-se como melhor revestimento aqueles com catálise básica e submetidos a tratamento térmico de 300ºC, que apresentaram perda de massa 87% inferior às amostras do grupo padrão.

AGRADECIMENTOS: Ao IFSC e ao CNPq pelo apoio concedido.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ASTM - AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM E562-11 (2011): Standard Test Method for Determining Volume FractionbySystematic Manual Point Count. Pennsylvania: ASTMInternational, West Conshohockan, PA 2011.

BRINKER, C.j.. Hydrolysis and condensation of silicates: effects on structure.Journal Of Non-crystalline Solids.Amsterdam, p. 31-50. mar. 1988. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022309388900051>. Acesso em 28 nov. 2014

BRINKER, C. Jeffrey; SCHERER, George W..Sol-gel science:The physics andchemistry of sol-gel processing. San Diego: Academic Press, Inc, 1990. 462 p.

GOUVEIA, Wilson Jesus Silva. Estudo de revestimentos híbridos de sol-gel na proteção de ligas de alumínio para a construção civil.2013. 125 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Química Tecnológica, Departamento de Química e Bioquímica, Universidade de Lisboa, Lisboa, 2013. Disponível em:<http://repositorio.ul.pt/handle/10451/10692>. Acesso em: 15 ago. 2014.

LENZA, Rúbia Francisca Silva; VASCONCELOS, LuizeWand. Síntese de membranas cerâmicas via método sol-gel utilizando teos e N,N-dimetilformamida. Química Nova, São Paulo, v. 25, n. 6, p.893-896, nov. 2002. Disponível em:
<http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422002000600002>. Acesso em: 22 nov. 2014.

MARQUES, William. Aplicações Internacionais da Galvanização Contra a Corrosão em Pontes e Viadutos. Bridges. São Paulo, p. 1-32. 2013. Disponível em: <http://www.icz.org.br/upfiles/arquivos/apresentacoes/Bridges-Brazil-2013.pdf>.Acesso em: 02 jun. 2015.

POLLNOW, Edilson Nunes.A Aplicação de Revestimentos de Cromo Duro e osRiscos à Saúde e ao Meio Ambiente. São Leopoldo: Rijeza Metalurgia, 2013. 6 p. 6 f. Disponível em: <http://www.rijeza.com.br/espaco-academico/artigos-tecnicos/aplicacao-de-revestimentos-de-cromo-duro-e-os-riscos-saude-e-ao>. Acesso em: 10 ago. 2014.