Resistência à corrosão do aço inoxidável AISI 304 com implantação de íons de cobre

Abstract

O efeito bactericida de íons cobre é bem conhecido; no entanto a atividade inibitória depende diretamente da concentração desses íons no material base. Contudo, essa concentração deve ser controlada, pois o excesso destes íons pode ser tóxico e além disso, a implantação de cobre pode comprometer a resistência a corrosão do substrato metálico. A propriedade bactericida é desejável para aplicação em ligas metálicas empregadas em diversos setores, na assepsia de materiais que tenham contato direto com subprodutos que necessitam alta pureza e com baixíssimos índices de contaminação. O aço inoxidável austenítico AISI 304 é amplamente utilizado devido às suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão. Considerando isso, o aço AISI 304 é o foco do presente estudo, mesclando as características anticorrosivas naturais com a assepsia oligodinâmica proveniente da dopagem com íons de cobre. Nesse sentido, avaliou a resistência à corrosão do aço inoxidável AISI 304 com diferentes doses de cobre implantado (1015 íons.cm-2 e 1016 íons.cm-2) por monitoramento do potencial de circuito aberto e voltametria cíclica em uma solução eletrolítica de NaCl 3,5 % em peso. Através de simulações computacionais, previu-se que nos parâmetros escolhidos, a profundidade de implantação dos íons no substrato atingiu até 40 nm da superfície, com uma concentração de pico, maior teor de cobre, na profundidade de 12 nm. As amostras com doses de 1015 íons.cm-2 de cobre apresentaram o potencial de pites semelhante ao aço inoxidável austenítico AISI 304 sem implantação de Cu. Na análise de EDS observou-se que as áreas que não sofreram corrosão, apresentaram melhor distribuição dos elementos de liga e do cobre implantado em comparação com as regiões com maior incidência de pites. A maior intensidade de pites foi encontrada para a amostra com maior dose de cobre implantado (1016 íons.cm-2 de cobre).

The bactericidal effect of copper ions is well known; however, the inhibitory activity depends directly on the concentration of these ions in the base material. However, this concentration should be controlled because the excess of these ions can be toxic and the implantation of copper may compromise the corrosion resistance of the metal substrate. The bactericidal property is desirable for application in metal alloys used in the several sectors, in the asepsis of materials that have direct contact with by-products that require high purity and with very low contamination rates. The AISI 304 austenitic stainless steel is widely used because of its mechanical properties and corrosion resistance. Considering this, the AISI 304 is the focus of the present study, mixing the natural anticorrosive characteristics with the oligodynamic aseptic from the copper ions doping. The corrosion resistance of AISI 304 stainless steel with different doses of implanted copper (1015 ions.cm-2 and 1016 ions.cm-2) was evaluated by monitoring the open circuit potential and cyclic voltammetry in an electrolytic solution of NaCl 3,5% by weight. Through computational simulations, it was predicted that in the chosen parameters, the implantation depth of the ions in the substrate reached up to 40 nm from the surface, with a peak concentration, higher copper content, at the depth of 12 nm. The samples with doses of 1015 ions.cm-2 of copper had the pit potential similar to the austenitic stainless steel AISI 304 without implantation of Cu. In EDS analysis, it was observed that the areas that did not undergo corrosion had better distribution of the alloying elements and of the implanted copper compared to the regions with a higher incidence of pitting. The highest pitting intensity was found for the sample with the highest dose of implanted copper (1016 ions.cm-2 copper).