Obtenção e caracterização de revestimentos híbridos à base de precursores alcoóxidos sobre o aço galvanizado

Abstract

O aço galvanizado contém uma camada protetora de Zn e Zn-Fe, obtida por imersão a quente, que tem por objetivo a proteção do aço. Entretanto, a presença dessa camada diminui a aderência a sistemas de pinturas e reduz a resistência à corrosão. Um método muito eficiente na proteção contra a corrosão desses substratos são as camadas de cromato, que proporcionam excelentes propriedades anticorrosivas, além de boas propriedades de adesão. Porém, os processos empregados para a obtenção desse tipo de revestimento estão sendo abandonadas devido à utilização do cromo hexavalente que é carcinogênico. Nesse contexto, revestimentos híbridos orgânico-inorgânicos obtidos pelo processo de sol-gel têm sido apresentados como uma alternativa ambientalmente correta. A adição de inibidores de corrosão ou outros compostos, aos filmes híbridos pode modificar as propriedades da camada barreira melhorando, conseqüentemente, o desempenho anticorrosivo. Este trabalho de pesquisa teve por objetivo, avaliar o comportamento eletroquímico do aço galvanizado revestido com um filme híbrido obtido a partir de um sol constituído pelos precursores alcoóxidos 3- (trimetoxisililpropil)metacrilato (TMSM) e tetraetoxisilano (TEOS) com adição de nitrato de cério na concentração de 0,01 mol.L-1. Diferentes mecanismos de cura (ao ar, térmico e ultravioleta) foram empregados. Também foi avaliado o tempo de permanência na solução (2, 5 e 10 minutos), o pré-tratamento do substrato e o pH da solução e por fim, variou-se em 5 níveis a relação TEOS/TMSM com uma razão fixa de MMA/TMSM. A caracterização morfológica e a determinação da espessura dos filmes foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Além disso, os filmes foram avaliados quanto à molhabilidade (determinação do ângulo de contato), quanto às estruturas químicas presentes (espectroscopia de infravermelho) e quanto ao comportamento eletroquímico (potencial de circuito aberto, polarização potenciodinâmica, e espectroscopia de impedância eletroquímica). A partir do estudo realizado foi possível verificar a influência da composição química do sol e do pH da solução sobre a formação do filme e as propriedades físicas e eletroquímicas do mesmo. Além disso, ficou evidenciada a importância do tempo de permanência do substrato na solução, do pré-tratamento do substrato e do processo de cura sobre a resistência a corrosão dos revestimentos obtidos.

Galvanized steel presents a protective layer of Zn and Zn-Fe, obtained by hot dipping, which promotes the steel protection. However, the presence of this layer decreases the adhesion of paint systems and reduces the corrosion resistance. A very efficient method used to protect against the substrate corrosion is chromate layers, which provide excellent anticorrosive and good adhesion properties. However, the processes employed to obtain this type of coating have been abandoned due to the use of hexavalent chromium, which is carcinogenic. In this context, organic-inorganic hybrid coatings obtained by sol-gel process have been presented as environmentally friendly alternative. The addition of corrosion inhibitors or other compounds, to the hybrid films can modify the properties of the barrier layer consequently improving the corrosion performance. This research aimed to evaluate the electrochemical behavior of galvanized steel coated with a hybrid film obtained from a sol composed by the alkoxides precursors 3 - (trimethoxysilylpropyl) methacrylate (TMSM) and tetraethoxysilane (TEOS), with the addition of cerium nitrate in a concentration of 0.01 mol L-1. Different cure mechanisms (thermal and ultraviolet processes and in air) were used. It was also evaluated the immersion time in the solution (2, 5 and 10 minutes), the substrate pretreatment process,and the solution pH. Finally the TEOS/TMSM ratio was varied in 5 levels maintaining the MMA/TMSM ratio. Morphological characterization and film thickness measurements were performed by scanning electron microscopy (SEM). Moreover, the films were evaluated concerning the wettability (contact angle determination), the chemical structures (infrared spectroscopy) and the electrochemical behavior (open circuit potential, potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy). From this study it was possible to verify the influence of the sol chemical composition and pH solution on the film formation. Besides the physical and electrochemical properties are influenced by these parameters. It was also evidenced the influence of the substrate immersion time in the solution, as well as the substrate pretreatment and the cure process effect on the coatings corrosion resistance.