Influência da temperatura de conformação na resistência à corrosão da liga de magnésio ZE10A (Elektron 717)

Abstract

O magnésio, devido à sua abundância e baixa densidade, é um material promissor para reduzir o consumo de energia e de controlar as emissões de CO2 em indústrias como a automobilística e a aeroespacial. No entanto, sua baixa conformabilidade em temperatura ambiente devido à estrutura hexagonal compacta tem sido um desafio. Estudos indicam que a adição de terras raras restringe o crescimento de grão permitindo um maior alongamento em operações de conformação a morno e a quente sem prejudicar as propriedades mecânicas, reduzem a anisotropia e aumentam a resistência à corrosão quando deformadas à quente. No entanto, a influência da conformação mecânica a morno e a frio e sua correlação com a resistência à corrosão exigem mais investigações. O objetivo desse trabalho consistiu em analisar a influência da temperatura de conformação a frio e a morno na resistência à corrosão da liga ZE10A em solução salina. Para atingir esse objetivo, realizou-se uma análise química da liga, ensaios de tração com temperaturas de 23, 125, 175, 225, 250, 275 e 300 °C com velocidades de 500 mm/min, ensaios de corrosão em solução de 3,5% de NaCl, tais quais, potencial de circuito aberto, polarização potenciaodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica e caracterização microestrutural e morfológica da superfície das amostras. Os resultados dos ensaios de tração revelaram uma variação alta no alongamento em diferentes temperaturas tendo em vista que saíram da média de 8,1% em temperaturas de 23, 125, 225, e 250°C para 3,2% para temperaturas de 275 e 300°C, indicando relativa estabilidade nas propriedades mecânicas da liga ZE10A em temperaturas de 23, 125, 225 e 250 °C. A análise microestrutural revelou poucas mudanças nos grãos em diferentes temperaturas no qual o número médio do tamanho de grão G = 12, com aumento de tamanho em 225°C com G = 10,5 e padrões distintos de recristalização dinâmica justamente por ter trabalhado apenas em temperaturas a frio e a morno. Os ensaios eletroquímicos revelaram a resposta da liga à corrosão em diferentes temperaturas. A formação de camadas protetoras foi evidente, indicando uma interação entre a temperatura e a resistência à corrosão. A estabilidade observada nas condições térmicas mais baixas sugere a supressão do processo catódico e a estabilização da dissolução sólida. A combinação de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) proporcionou uma compreensão detalhada da morfologia e composição após ensaios de corrosão. A presença de cloretos e óxidos de magnésio foi evidente, e a formação de hidróxidos duplos estratificados (LDHs) foi observada em regiões com baixo teor de Al. Além disso, após deformação a 300°C, foi observada a formação de óxido de neodímio. A corrente permaneceu em aproximadamente 30 µA.cm-2 e um potencial em torno de 1,5 V (Ag/AgCl). Os resultados deste estudo demonstraram que a temperatura de conformação não gera um impacto significativo na resistência à corrosão da liga ZE10A.

Magnesium, due to its abundance and low density, is a promising material for reducing energy consumption and controlling CO2 emissions in industries such as automotive and aerospace. However, its low formability at room temperature, due to its hexagonal close-packed structure, has been a challenge. Studies indicate that the addition of rare earth elements restricts grain growth, allowing for greater elongation in warm and hot forming operations without compromising mechanical properties, reducing anisotropy, and increasing corrosion resistance when deformed at high temperatures. However, the influence of warm and cold mechanical forming and its correlation with corrosion resistance require further investigation. The objective of this work was to analyze the influence of cold and warm forming temperatures on the corrosion resistance of ZE10A alloy in saline solution. To achieve this objective, a chemical analysis of the alloy was conducted, along with tensile tests at temperatures of 23, 125, 175, 225, 250, 275, and 300 °C with speeds of 500 mm/min, corrosion tests in a 3.5% NaCl solution, such as open circuit potential, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy, as well as microstructural and morphological characterization of the sample surfaces. The results of the tensile tests revealed a significant variation in elongation at different temperatures, with an average of 8.1% at 23, 125, 225, and 250°C, dropping to 3.2% at 275 and 300°C, indicating relative stability in the mechanical properties of the ZE10A alloy at 23, 125, 225, and 250 °C. The microstructural analysis revealed few changes in grain size at different temperatures, with an average grain size number of G = 12, increasing to G = 10,5 at 225°C, and distinct patterns of dynamic recrystallization due to the work only at cold and warm temperatures. The electrochemical tests revealed the alloy's response to corrosion at different temperatures. The formation of protective layers was evident, indicating an interaction between temperature and corrosion resistance. The stability observed at lower thermal conditions suggests the suppression of the cathodic process and the stabilization of solid dissolution. The combination of Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) provided a detailed understanding of the morphology and composition after corrosion tests. The presence of chlorides and magnesium oxides was evident, and the formation of layered double hydroxides (LDHs) was observed in regions with low Al content. Additionally, after deformation at 300°C, the formation of neodymium oxide was observed. The current remained at approximately 30 µA.cm-2 and the potential around 1.5 V (Ag/AgCl). The results of this study demonstrate that the forming temperature does not significantly impact the corrosion resistance of the ZE10A alloy.