Estudo do comportamento anticorrosivo do samário como inibidor de corrosão em sistemas multicamadas para liga de alumínio

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3149 (2023) Citar este artigo

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Este estudo mostra um sistema multicamadas baseado em compostos de samário como inibidor de corrosão e uma camada contínua de SiO2 por jato de plasma de pressão atmosférica (APPJ) como barreira protetora para a liga de alumínio AA3003. Uma das principais vantagens deste novo revestimento é que não necessita de câmaras de vácuo, o que facilita a incorporação em linhas de produção de componentes automotivos, aeronáuticos, etc. O depósito do inibidor de corrosão de samário foi realizado por dois métodos de comparação, o método de imersão e um novo método para depositar inibidor de corrosão por APPJ. O sistema multicamadas gerado foi homogêneo, contínuo, aderente e denso. O comportamento eletroquímico mostra que o composto de samário foi completamente oxidado nos revestimentos pelo método de imersão e favorece a corrosão. O método de deposição APPJ apresenta comportamento protetor contra corrosão tanto por compostos de samário quanto por deposições de sílica. As análises XPS mostram que a quantidade de Sm(OH)3 aumenta pelo método APPJ em comparação com o método de imersão, uma vez que o espectro de O1s é controlado principalmente pelo OH. Foi determinado que os melhores tempos de processamento para o estudo eletroquímico do sistema multicamadas foram de 40 min para o método de imersão e 30 s para o método APPJ para a camada de inibidor de corrosão. No caso da camada barreira de SiO2 da APPJ, o melhor tempo foi de 60 s de exposição ao jato de plasma e este revestimento conseguiu reduzir a corrosão do AA3003 em 31,42%.

A corrosão em metais é um grande problema global que tem afetado a economia da indústria metalúrgica. Estima-se que cerca de 10 a 20% da produção mundial de metal é perdida anualmente devido à corrosão1 e isto representa uma despesa anual de cerca de 4% do produto interno bruto global2. Porém, nem todos os problemas envolvidos na corrosão são baseados nos materiais, existindo também problemas de poluição ambiental3. Por exemplo, os materiais do ambiente construído são afetados principalmente pelos compostos HNO3, SO2 e PM10 que influenciam a corrosão4. Além disso, a corrosão representa um problema grave em diversas áreas, como tubulações5, materiais medicinais6, embalagens de semicondutores7, indústria automotiva8 e construção9, entre outras.

Ao longo do tempo, diferentes métodos e técnicas foram desenvolvidos para controlar a corrosão em metais, como a cromagem10 e a anodização11,12 destacam-se como soluções para o controle deste problema. Atualmente, os métodos mais estudados são as camadas de conversão de cromo (CCL)13 ou anodização com ácido crômico (CAA)12, e a anodização com ácido sulfúrico tartárico (TSA)14. Porém, essas soluções são potencialmente tóxicas ao meio ambiente e até mesmo à saúde humana, uma vez que, em seus processos, utilizam Cr(VI), que é altamente nocivo e possui propriedades cancerígenas15,16. Consequentemente, a Comunidade Europeia promulgou restrições ao uso de metais pesados, incluindo Cr(VI)17,18. Portanto, ao longo dos últimos anos até os dias atuais, têm-se buscado novas tecnologias e métodos mais amigáveis ​​ao meio ambiente e à saúde humana. Destas novas tecnologias, no campo da corrosão, há uma tendência ao desenvolvimento de inibidores de corrosão ecologicamente corretos e de baixo custo19. Um inibidor de corrosão pode ser definido como uma substância que, em baixa concentração, retarda a taxa de corrosão20.

Apesar de sua camada de passivação, o alumínio é suscetível à corrosão na presença de soluções aquosas contendo íons, como Cl−, Br− ou I−21,22. O problema de corrosão em ligas de alumínio pode ser resolvido com inibidores de corrosão23,24,25,26,27. Hinton, Arnott e Ryan destacam-se como pioneiros na introdução de revestimentos inibidores de corrosão de terras raras como uma opção sustentável ao depositar óxidos de terras raras na superfície de metais, como Sm, Ce, La, Ne e Pr, gerando uma película protetora contra corrosão28,29,30. Dos elementos de terras raras, o cério e o samário são os mais comumente estudados como inibidores de corrosão devido à sua abundância e eficiência31,32. O samário é um elemento de terra rara capaz de formar filmes finos de composto de samário para proteger os metais contra a corrosão32,33. O samário tem sido utilizado em revestimentos de conversão34,35 e ligas para melhorar a prevenção da corrosão em alumínio36,37, magnésio38,39 e aço40,41. O princípio da proteção contra a corrosão utilizando o samário como inibidor baseia-se na formação de óxidos e hidróxidos que são insolúveis e bloqueiam os sítios catódicos, o que retarda a taxa de corrosão42.