Avaliação de inibidores verdes e tratamento nanocerâmico na proteção à corrosão do aço carbono

Abstract

A corrosão representa uma importante área de estudo na engenharia de materiais. O aço carbono é a liga metálica de maior utilidade industrial, apesar de sofrer deterioração em suas propriedades devido ao processo corrosivo. Alguns dos tratamentos de superfície que são empregados para garantir o prolongamento da vida útil destes componentes apresentam problemas de toxicidade ou relacionados aos efluentes gerados. Desta forma, diversos pesquisadores têm buscado o desenvolvimento de novas tecnologias menos agressivas à saúde humana e ao ambiente e que apresentem efetividade de uso industrial. Os inibidores verdes e os tratamentos nanocerâmicos são exemplos de áreas de pesquisa relacionadas ao tema proposto. Os inibidores verdes são compostos de origem natural que desempenham capacidade protetora de alguns substratos em meios corrosivos específicos e os nanocerâmicos são tratamentos de conversão química baseados na deposição de camadas de óxidos de zircônio e/ou de titânio em diferentes substratos metálicos. Assim, o propósito deste trabalho consistiu no estudo de tratamentos nanocerâmicos à base de ácido hexafluorzircônio com a utilização de três inibidores verdes previamente selecionados: ácido tânico (AT), sal sódico de carboximetilcelulose (CMC) e quitosana (QUI). O substrato selecionado para a pesquisa foi o aço carbono SAE 1008 laminado a frio, tendo como eletrólito solução aquosa de cloreto de sódio. Para tanto, o trabalho foi dividido em duas etapas: (i) o estudo dos inibidores verdes por meio de análises físico-químicas e eletroquímicas e (ii) o estudo dos tratamentos nanocerâmicos desenvolvidos nesta pesquisa (na ausência e na presença dos inibidores verdes) por meio de análises eletroquímicas e de superfície, tendo os melhores resultados comparados com os seguintes tratamentos comerciais de uma empresa local: ZRC 21, ZRC 23 e fosfatização à base de fosfato de zinco. Os resultados obtidos na primeira etapa mostraram que os compostos se assemelharam ao que é descrito na literatura, atingindo eficiências entre 40% e 80% nas melhores concentrações testadas. Os tratamentos nanocerâmicos atingiram eficiências de proteção entre 62% e 76%, enquanto que os comerciais (ZRC 21 e ZRC 23) ficaram entre 53% e 75% e a fosfatização em torno de 83% em relação à amostra não tratada. Nas análises superficiais não foi possível a identificação de bandas bem definidas para o óxido de zircônio nas amostras tratadas, indicando que o filme formado pode ser muito fino ou descontínuo, assim como não foram visualizadas alterações morfológicas relevantes na superfície além da formação de óxidos de ferro. Apesar das limitações verificadas, os tratamentos desenvolvidos mostraram capacidade de proporcionar proteção à corrosão do aço carbono no eletrólito de forma similar aos tratamentos comerciais e à fosfatização quando associados aos inibidores AT e CMC no estágio anterior ao tratamento nanocerâmico.

Corrosion represents an important area of study in materials engineering. Carbon steel is the most useful industrial alloy, despite suffering deterioration in its mechanical properties due to the corrosive process. Some of the surface treatments that are used to guarantee the extension of the useful life of these components present problems of toxicity or related to the generated effluents. In this way, several researchers have sought to develop new technologies that are less aggressive to the environment and that are effective for industrial use. Green inhibitors and nanoceramic treatments are examples of research areas related to the proposed theme. Green inhibitors are compounds of natural origin that have a protective capacity for some substrates in specific corrosive environments and nanoceramics are chemical conversion treatments based on the deposition of layers of zirconium and/or titanium oxides on different metallic substrates. Thus, the purpose of this work consisted in the study of nanoceramic treatments based on hexafluorozirconium acid with the use of three previously selected green inhibitors: tannic acid (TA), sodium salt of carboxymethylcellulose (CMC) and chitosan (CHI). The substrate selected for the research was cold-rolled SAE 1008 carbon steel, with aqueous sodium chloride solutions as electrolyte. Therefore, the work was divided into two stages: (i) the study of green inhibitors through physical-chemical and electrochemical analysis and (ii) the study of the nanoceramic treatments developed in this research (in absence and in the presence of green inhibitors) by means of electrochemical and surface analyses, with the best results compared to the following commercial treatments from a local company: ZRC 21, ZRC 23 and phosphatization based on zinc phosphate. The results obtained in the first stage showed that the compounds were similar to what is described in the literature, reaching efficiencies between 40% and 80% at the best concentrations tested. The nanoceramic treatments reached protection efficiencies between 62% and 76%, while the commercial ones (ZRC 21 and ZRC 23) were between 53% and 75% and phosphatization around 83% in relation to the untreated sample. In the superficial analysis, it was not possible to identify well-defined bands for zirconium oxide in the treated samples, indicating that the formed film may be very thin or discontinuous, as well as no relevant morphological changes other than the formation of iron oxides. Despite the limitations observed, the developed treatments showed the ability to provide corrosion protection of carbon steel in the electrolyte in a similar way to commercial treatments and phosphatization when associated with TA and CMC inhibitors in the stage before the nanoceramic treatment.