Revestimentos de conversão livres de cromo e níquel para aumento da resistência à corrosão das ligas AA2024-T3 e Clad-AA2024-T3 anodizadas

Abstract

A liga AA2024-T3 é utilizada há décadas pela indústria aeroespacial, por abarcar propriedades importantes para essa aplicação como baixo peso e alta resistência mecânica. O endurecimento por precipitação pelo qual essa liga passa é responsável tanto por atribuir a ela melhores propriedades mecânicas, o que possibilita seu uso estrutural, quanto por torná-la mais vulnerável frente à corrosão em relação ao alumínio puro. Assim, tratamentos superficiais que protejam suas superfícies contra processos corrosivos de forma eficaz e ambientalmente correta são necessários. A anodização é a formação de um revestimento de conversão eletrolítico que, desde que não utilize ácido crômico, é livre da toxicidade dos íons Cr(VI), que estão sendo paulatinamente proibidos. Ligas de alumínio anodizadas apresentam uma estrutura protetiva robusta, formada por uma camada de barreira e outra, que cresce a partir desta, porosa. Para atingir uma maior resistência à corrosão, a camada porosa deve ancorar outro revestimento ou ser selada. A selagem pode ser realizada com água em ebulição, processo livre de toxicidade, porém de alto consumo energético, enquanto o problema de toxicidade limita o uso das selagens térmicas com dicromatos e com sais de Ni. Logo, têm-se buscado novos métodos de selagem que possam ser realizados a baixas temperaturas e por pouco tempo, além de apresentarem a menor toxicidade possível. O presente trabalho traz contribuições acerca de uma alternativa de pós-tratamento para aumento da resistência à corrosão de camadas anodizadas da AA2024-T3 produzidas em ácido tartárico-sulfúrico (TSA). O método consiste na imersão durante 2, 5 e 10 min em soluções de H2ZrF6, Na2MoO4 e KMnO4 e soluções de H2ZrF6, à temperatura ambiente. Revestimentos combinando Mo-Mn, Zr-Mo e Zr-Mn também foram obtidos por imersão durante 5 min. Camadas anodizadas produzidas sobre a liga Clad-AA2024-T3 foram pós-tratadas com revestimentos de ZrMo-Mn por imersão durante 5 e 10 min. Foram realizadas análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS), espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS), potencial em circuito aberto (OCP), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), a partir dos quais se propuseram circuitos elétricos equivalentes (CEE), testes visuais após imersão em solução de NaCl, MEV/EDS após esse ensaio e teste de aderência à tinta. Os revestimentos obtidos foram comparados a camadas sem selagem e aqueles produzidos sobre a liga AA2024-T3 também foram comparados a selagem hidrotérmica. Os resultados indicam que o revestimento de conversão de Zr-Mo-Mn formado sobre a camada de óxido de alumínio anodizado foi capaz de proteger sua estrutura porosa de forma mais eficiente que a selagem hidrotérmica e que os demais revestimentos, sendo o tempo de 10 min o que garantiu maior resistência à corrosão após 30 dias em solução de NaCl e o de 5 min considerado o mais indicado para aplicação em peças a serem pintadas, por ter apresentado maior aderência à tinta além do aumento da proteção anticorrosiva. Para a liga Clad-AA2024-T3, a deposição do revestimento de Zr-Mo-Mn durante 10 min promoveu simultaneamente maior resistência à corrosão e maior aderência. Pode-se admitir que o sistema formado por anodização em TSA seguido de revestimento de conversão de Zr, Mo e Mn é eficiente na proteção das ligas AA2024-T3 e Clad-AA2024- T3 contra corrosão.

The AA2024-T3 alloy has been used for decades by the aerospace industry, as it has important properties for this application, such as low weight and high mechanical strength. The precipitation hardening that this alloy undergoes is responsible both for giving it better mechanical properties, which enables its structural use and for making it more vulnerable to corrosion than pure aluminum. Therefore, surface treatments that protect its surfaces against corrosive processes effectively and environmentally friendly are necessary. Anodizing is the formation of an electrolytic conversion coating, which, as long as it does not use chromic acid, is free from the toxicity of Cr(VI) ions, which are gradually being banned. Anodized aluminum alloys have a robust protective structure comprising a barrier layer and a porous layer that grows from it. The porous layer must be anchored to another coating or sealed to achieve greater corrosion resistance. Sealing can be carried out with boiling water, a toxicity-free but energy-intensive process, while the problem of toxicity limits the use of heat sealing with dichromates and Ni salts. New sealing methods have therefore been sought that can be carried out at low temperatures and for a short time, as well as being as toxic as possible. This work provides contributions to an alternative post-treatment method to increase the corrosion resistance of anodized layers of AA2024-T3 produced in tartaric-sulfuric acid (TSA). The method consists of immersion for 2, 5, and 10 min in H2ZrF6, Na2MoO4, and KMnO4 solutions and H2ZrF6 solutions at room temperature. Coatings combining Mo-Mn, Zr-Mo, and ZrMn were also obtained by immersion for 5 min. Anodized layers produced on the CladAA2024-T3 alloy were post-treated with Zr-Mo-Mn coatings by immersion for 5 and 10 min. Scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), open circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIE) analyses were carried out, from which equivalent electrical circuits (EEC) were proposed, visual tests after immersion in NaCl solution, SEM/EDS after this test, and paint adhesion test. The obtained coatings were compared to unsealed layers, and those produced on the AA2024-T3 alloy were compared to hydrothermal sealing. The results indicate that the Zr-Mo-Mn conversion coating formed on the anodized aluminum oxide layer was able to protect its porous structure more efficiently than hydrothermal sealing and the other coatings, with the 10 min time guaranteeing the greatest resistance to corrosion after 30 days in NaCl solution and the 5 min time considered the most suitable for application to parts to be painted, as it showed greater adherence to the paint besides the anticorrosion protection increasing. For the Clad-AA2024-T3 alloy, the deposition of the Zr-Mo-Mn coating for 10 min promoted greater corrosion resistance and adhesion. It can be concluded that the system formed by anodizing in TSA followed by a Zr, Mo, and Mn conversion coating efficiently protects the AA2024-T3 and Clad-AA2024-T3 alloys against corrosion.