Propriedades mecânicas e eletroquímicas de revestimento compósito com incorporação de óxido de grafeno

Abstract

O aumento das preocupações com o meio ambiente tem trazido à indústria de tratamento de superfícies novos desafios quanto ao desenvolvimento de revestimentos com maior desempenho quanto à resistência à corrosão e ao desgaste, observando a redução do impacto ambiental. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é obter um filme compósito à base de silano com incorporação de partículas de óxido de grafeno visando o aumento da resistência à corrosão e ao desgaste da liga de alumínio AA 2024-T3. A liga de alumínio AA 2024-T3 é um material bastante usado na indústria aeronáutica devido às propriedades mecânicas e à baixa densidade. Contudo, essa liga não oferece a resistência à corrosão e ao desgaste exigidos para aplicação na indústria aeronáutica, sendo necessário o emprego de revestimentos protetores. Dentre os revestimentos propostos para essa aplicação os revestimentos híbridos têm sido estudados, e mais recentemente a incorporação de partículas à essa matriz tem sido proposta visando melhorar as propriedades desses filmes. Nesse trabalho os revestimentos compósitos de matriz híbrida com incorporação de óxido de grafeno foram obtidos pelo processo de sol-gel a partir de um sol contendo os precursores alcoóxidos tetraetoxisilano (TEOS) e 3-trimetoxisilil-propil-metacrilato (MAP) com dispersão de partículas de óxido de grafeno em diferentes concentrações (1 g.L-1, 0,5 g.L-1, 0,25 g.L-1 e 0 g.L-1). Os filmes foram obtidos empregando-se o método de dip-coating à temperatura ambiente, com velocidade de retirada de 10 cm.min-1. O óxido de grafeno utilizado foi caracterizado quanto à estrutura utilizando as análises de FTIR, Raman, TGA e microscopia eletrônica de varredura de alta resolução. Para avaliar a estrutura do filme compósito obtido foram utilizadas as análises de FTIR, Raman e TGA. Microscopia eletrônica de varredura de alta resolução foi usada a fim de verificar a uniformidade do filme e avaliar a dispersão das partículas no filme. Os ensaios de polarização potenciodinâmica e impedância eletroquímica foram utilizados para analisar o comportamento referente à corrosão. Avaliou-se também a molhabilidade dos filmes, pelo método da gota séssil. As propriedades mecânicas do filme foram avaliadas empregando-se o ensaio de desgaste pela técnica de esfera sobre plano e teste de adesão. Nas condições estudas, a adição das partículas de óxido de grafeno não alterou a resistência à corrosão, contudo evidenciou-se uma contribuição positiva quanto ao aumento da resistência ao desgaste do filme.

The growing concern with the environment has created new challenges to the surface treatment industry, encouraging the development of coatings with a better performance in regards to the mechanical resistance and corrosion properties, observing the reduction of the environmental impact. In this context, this work aims to make a composite coating with graphene oxide charge to improve the corrosion and wear resistance in aluminum alloy AA 2024-T3. The aluminum alloy AA 2024-T3 is a material used in the aeronautics industry due to its low density and good mechanical proprieties. However, this alloy does not have the corrosion and wear resistance required by the aeronautics industry, requiring the use of protective coatings. Among the protective coatings proposed for this application, the hybrid films have been studied and more recently the incorporation of particles has been proposed to improve the proprieties of this film. In this work the hybrid matrix composite coating with incorporation of graphene oxide was obtained by sol-gel process from a sol containing alkoxide precursors Tetraetoxisilano (TEOS) and 3-(trimetoxisililpropil) metacrylate (MAP) with graphene oxide dispersion in different concentrations (1 g.L-1, 0,5 g.L-1, 0,25 g.L-1 e 0 g.L-1). The films were obtained using the dip-coating method in room temperature with 10 cm.min-1 of removal rate. For the characterization of the graphene oxide structure FTIR, Raman, TGA and scanning electron microscope were used. To measure the structure of composite films proprieties FTIR, Raman and TGA were used. In addition, the scanning electron microscope was used on composite film on aluminum alloy in order to verify the uniformity of film and to assess the behavior of the particles on film. The potentiodynamic polarization and the electrochemical impedance were used to analyze the behavior against corrosion. To measure the wettability contact angles measured by the sessile drop method were used. The film was examined for mechanical proprieties with the ball-on-plate and with the adhesion test. In the studied conditions, the adding of the particles of graphene oxide did not change the corrosion resistance, but it showed a positive contribution to the wear resistance.