CARACTERIZAÇÃO QUANTO À CORROSÃO DO AÇO INOXIDÁVEL ABNT 316-L SINTERIZADO

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1 CARACTERIZAÇÃO QUANTO À CORROSÃO DO AÇO INOXIDÁVEL ABNT 316-L SINTERIZADO M.M.Bonato (author), P.C.Borges, P.A.P.Wendhausen Av. Sete de Setembro, 3165 Curitiba/ PR, Brasil - CEP marcellemaia@hotmail.com Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná - CEFET-PR Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais RESUMO A metalurgia do pó M/P é um dos processos com maior desenvolvimento nos últimos tempos, que possibilita a produção de componentes na sua forma final, com boa precisão dimensional e propriedades químicas e mecânicas, e sem ou quase nenhum acabamento posterior. Este trabalho apresenta um estudo quanto à corrosão do aço inoxidável ABNT 316-L sinterizado em forno a vácuo. Os resultados referem-se à análise microes trutural, caracterização química e resistência à corrosão. A microestrutura (fases presentes, quantidade, tamanho e distribuição destas) foi obtida utilizando-se um banco de preparação metalográfica, microscópio óptico e software de análise de imagens. As composições químicas foram verificadas através de espectrômetro de emissão ótica. A investigação quanto à corrosão foi feita através de ensaios potenciodinâmicos em solução de saliva sintética (ph de 7,3) composta de KSCN, NaHCO 3, KCl, NaH 2 PO 4 H 2 O e ácido láctico, em condições normais de temperatura e pressão, com auxílio de um potenciostato/galvanostato controlado por microcomputador. Os resultados de corrosão (taxa de corrosão, densidade de corrente, potencial de circuito aberto e constantes de Tafel) obtidos para o aço sinterizado foram comparados com o aço inoxidável 316L laminado. Palavras-Chaves: Aço Inoxidável, Corrosão, Teste Eletroquímico, Sinterização INTRODUÇÃO A técnica de metalurgia do pó vem apresentando um grande crescimento nas últimas décadas; apesar do elevado custo dos pós, temperaturas elevadas de sinterização e atmosferas rigorosamente controladas o processamento de componentes em aço inoxidável tornou-se realidade (1). Em equipamentos onde os aços inoxidáveis são utilizados a resistência à corrosão é um dos principais fatores a serem considerados para uso seguro e confiável. Portanto, os estudos de corrosão tornam-se cada vez mais importantes, de forma a evitar e prevenir danos econômicos e sociais. A metalurgia do pó objetiva a obtenção de componentes na sua forma final, com boa precisão dimensional, sem ou quase nenhum acabamento posterior e propriedades químicas e mecânicas aceitáveis (2). Entre as diversas técnicas de conformação, a moldagem por injeção de pós, encontrou espaço na indústria principalmente pela sua capacidade de produzir grandes volumes de componentes com formas geométricas bastante complexas. O pó metálico é misturado a um ligante plástico, formando uma massa com viscosidade adequada à injeção em matrizes, semelhante a injeção de polímeros. Para a obtenção do componente final seguem-se ainda as etapas de: remoção do ligante e a sinterização (3). Os parâmetros de processamento (decomposição química durante a retirada do ligante, tempo e temperatura, atmosfera e meio de aquecimento, sinterização no estado sólido ou líquido) e as características dos pós-utilizados (tamanho e distribuição das partículas, compressibilidade e pureza química) determinam a microestrutura do aço sinterizado. Desta forma, qualquer alteração em um desses parâmetros interfere na cinética de sinterização, e consequentemente, altera a microestrutura da peça, modificando seu comportamento em relação à corrosão (4). 2367

2 Poucos trabalhos são encontrados na literatura referentes à resistência à corrosão de aços inoxidáveis sinterizados (5-6), sendo que estes relatam que as taxas de corrosão dos materiais sinterizados são maiores do que os obtidos em materiais convencionais de mesma composição. Este trabalho apresenta a caracterização quanto à corrosão do aço inoxidável ABNT 316-L injetado sinterizado em forno a vácuo, comparando-o com o laminado. MATERIAIS E MÉTODOS Os materiais utilizados na investigação foram o aço ABNT L laminado (comercial) e dois lotes do aço ABNT 316-L injetado e sinterizado, processados pela Lupatech, Steelinject, Caxias do Sul, em forno a vácuo com atmosfera controlada de Argônio/Hidrogênio, em patamar de 980 o C na pré-sinterização por um período de 13 horas e 1300 o C durante três horas para a sinterização. A metodologia aplicada para estudo comparativo destes aços inoxidáveis ABNT 316-L dividiuse em quatro partes: caracterização química, microestrutural, quanto à resistência à corrosão e análise estatística. Caracterização Química A composição química dos materiais estudados foi obtida com o auxílio de um espectrômetro de emissão óptica. Os resultados são comparados com os valores especificados na norma NBR 5106 para o aço ABNT 316L. Caracterização Microestrutural A caracterização microestrutural (tamanho, forma, distribuição e quantidade de fases) foi obtida após preparação metalográfica (corte metalográfico longitudinal e transversal através da cortadeira Struers/Labotom; embutimento feito em resina termofixa do tipo Baquelite; lixamento, polimento e ataque químico com água-régia concentrada) e análise em microscópio ótico com suporte do programa de análise de imagens (Image-Pro Plus). Para a determinação do tamanho de grão foi utilizado o método do intercepto (processo de Heyn), segundo a norma NBR Caracterização Quanto à Resistência a Corrosão A resistência a corrosão do aço inoxidável ABNT 316-L foi investigada com o auxílio de um Potenciostato/Galvanostato EG&G - Princeton Applied Research modelo 273 interfaceado a um microcomputador por meio de uma placa GPIB National Instruments Co, conforme Figura 1. A aquisição dos dados é feita pelo programa Analysis M270 também da PARC. Visto que estes aços normalmente são utilizados em aplicações biomédicas (placas de fixação de fraturas, acessórios ortodônticos (bráquetes), etc) o meio utilizado para os ensaios eletroquímicos consistiu em saliva sintética com ph de 7,3 (ph do corpo humano). A solução é composta de: tiocianato de potássio (0,00532 mol/l), bicarbonato de sódio (0,0149 mol/l), cloreto de potássio (0,0197 mol/l), fosfato ácido de sódio hidratado (0,00136 mol/l) e ácido láctico (0,010 mol/l). A Figura 2 mostra a célula eletroquímica utilizada na caracterização quanto à corrosão. A célula é composta de três eletrodos: eletrodo de trabalho (amostras metálicas), eletrodo de calomelano saturado como o de referência (potencial estável) e o eletrodo de grafite como auxiliar ou contra-eletrodo (ionicamente inerte) (7). Os eletrodos de trabalho de aço laminado foram preparados a fim de uniformizar o acabamento, passando pelas lixas de granulometria 150, 220, 320, 420 e 600; já as amostras sinterizadas foram utilizadas na condição como processadas, visto que são empregadas na forma final de processamento. Ambas amostras foram limpas em solução de álcool (NaOH) no ultra-som (Metason 60T Struers), e posteriormente enxaguadas com água destilada e secas. A técnica utilizada na investigação das características de corrosão do aço inoxidável 316 L foi a eletroquímica potenciodinâmica (curvas de polarização), por ser a mais indicada devido a rapidez, confiabilidade e segurança. Inicialmente foi realizado o ensaio potencial de corrosão versus tempo (E corr vs t) durante 2700 segundos para a determinação do potencial de corrosão e avaliação da tendência de dissolução ou à formação de filmes passivantes sobre o eletrodo de trabalho em regime de circuito aberto (E oc) dos materiais no eletrólito em questão. E em seguida, realizaram-se ensaios potenciodinâmicos, polarizando o eletrodo de trabalho do potencial de 250 mv vs E oc até 1600 mv, a 2368

3 uma velocidade de 0,8 mv/s. Neste teste, visualiza-se o comportamento dinâmico dos materiais nos potenciais verificados e obtêm-se taxa de corrosão, constantes de Tafel, corrente de troca, potencial de corrosão. Os resultados apresenta dos neste trabalho são a média de pelo menos cinco medições. Figura 1 - Potenciostato/Galvanostato Figura 2 - Célula teste eletroquímica ANÁLISE ESTATÍSTICA O programa de análise Quickcalc foi utilizado para obter os resultados de: taxa de corrosão, densidade de corrente e potencial de corrosão, sendo que foram obtidos a partir do melhor valor de Chi 2, o mais próximo de zero, quando então os valores resultantes se aproximam do modelo. A análise estatística dos resultados (taxa de corrosão, densidade de corrente e potencial de corrosão) foi feita através do teste t (Student), indicando uma incerteza de 5% nos valores obtidos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados das análises químicas dos aços laminado, sinterizado e conforme NBR 5106 são mostrados na Tabela 1. Estes resultados indicam que os aços estudados apresentam composição química similar ao ABNT 316L. Tabela 1. Composição Química para o aço inoxidável ABNT 316L : segundo a norma NBR 5106, amostra laminada e sinterizada Elemento (%) Laminado Sinterizado NBR 5106 Cr 17,12 16, Ni 10,10 12, Mo 1,97 2, Mn 1,47 < 0,18 2 (máx) Si 0,49 0,76 1 (máx) P 0,03 0,02 0,045 (máx) S 0,007 0,012 0,03 (máx) C 0,026 < 0,016 0,025 (máx) V 0,16 0,

4 Al 0,012 0,011 - Cu 0,121 0,29 - Fe balanço Balanço Balanço As Figuras 3 e 4 que apresentam as microestruturas dos aços laminado e sinterizado demonstram que os dois materiais são 100% austenítico, sendo que no sinterizado há a presença de poros, o que diminui a sua densidade em 6%. Figura 3 - Aço ABNT 316L Sinterizado Figura 4 - Aço ABNT 316L Laminado Pela medição do tamanho de grãos o aço laminado pode ser classificado como ABNT TG 8, enquanto o sinterizado é classificado como ABNT TG 4, ou seja, o tamanho de grão do aço sinterizado é maior do que o laminado. Na Tabela 2 e na Figura 5 aparecem os resultados de corrosão. Podemos verificar os valores médios: dos potenciais de corrosão, das correntes de corrosão, das constantes de Tafel e das taxas de corrosão de cada um dos materiais, com suas variâncias. A análise destes resultados permitem concluir que tanto os potenciais como as taxas de corrosão indicam um melhor desempenho do material injetado sinterizado, sendo que os dois lotes do aço inoxidável 316L sinterizado apresentam valores estatisticamente iguais. A curva de polarização potenciodinâmica do aço sinterizado deslocou-se para potenciais mais nobres e para correntes de dissolução maiores. Tabela 2. Resultados de Corrosão e Estatística Amostras B a B c E corr (mv) I corr (µa/mm 2 ) TC x 10-4 (mm/ano) Média Variância Média Variância Média Variância Laminado 0,10 0,10 45,72 6,87 x ,0749 8,23 x ,93 1,32 x 10-3 Sinterizado 1 0,10 0,10 56,20 4,50 x ,0224 3,91 x ,69 6,26 x 10-4 Sinterizado 2 0,10 0,10 50,56 2,27 x ,0163 3,05 x ,06 4,89 x 10-4 Sobral, Ristow, Azambuja, Costa e Franco (8), que investigaram o aço inoxidável 316L injetado sinterizado através de testes potenciodinâmicos e espectroscopia de impedância em solução de cloreto de sódio, afirmam que a porosidade residual presente nos componentes produzidos por 2370

5 metalurgia do pó aumenta a superfície de contato com o agente agressor e permite seu acesso ao interior das peças (quando comunicante), diminuindo assim a taxa de corrosão destes materiais. Esta diferença nos resultados deste trabalho e daquele (8), se deve provavelmente a formação de uma camada de óxidos superficial durante o processo de corrosão, modificando assim a superfície do material sinterizado, conforme apresentado no gráfico. O tipo e a quantidade de elementos de liga presentes também pode exercer forte influência na resistência à corrosão. Pretende-se realizar análise XPS para determinar a camada superficial modificada do aço inoxidável 316L sinterizado. camada de óxidos Figura 05 - Curvas de Polarização Potenciodinâmica para os Materiais Sinterizados e Laminado CONCLUSÃO Os resultados indicam que a taxa de corrosão do material injetado sinterizado é menor que a do material laminado em solução de saliva sintética, devido a quantidade e tipo de elementos de liga e a formação de uma camada de óxidos superficial durante o processo de corrosão. AGRADECIMENTOS Agradecemos ao CNPq pela concessão da bolsa de Mestrado, aos Professores Carlos Cruz e João Batista e a todos os demais colegas que de alguma forma colaboraram no andamento desta atividade. REFERÊNCIAS 1. M. Mafra, Sinterização por plasma Ar-H2 do aço inoxidável AISI 316L obtido em moldagem por injeção, Dissertação de Mestrado, UFSC (1999). 2. V. Chiaverini, Metalurgia do Pó, 4 a edição, São Paulo, Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais (2001). 3. EPMA, Metalurgia, v.72, n.4 (1995). 4. P. K. Minuth, P. Kunert, D. Meinhardt, F. Petyzoldt, G. Veltl, Mechanical and Corrosion Properties of MIM Parts Produced from Blends of Gas and Water Atomised Powders, Advanced in powder Metallurgy & Particulate Materials, U.S, Vol. 11, (1996) E. Klar, P. K. Samal, Effect of Density and Sintering Variables on The Corrosion Resistance of Austenitic Stainless Steels, Advances in Powder Metallurgy & Particulate Material, Vol. 11, (1995) T. Mathiesen, E. Maahn, Effect of Pore Morphology on the Corrosion Behavior of Sintered 316L Stainless Steel, Advances in Powder Metallurgy & Particulate Material, Vol. 11, (1995) Corrosion Tests and Standards Manual, Powder Metals, Chapter AV.C.Sobral, W.Ristow Jr, D.S.Azambuja, I.Costa, C.V.Franco, Potentiodynamic tests and Eletrochemical Impedance Spectroscopy of Injection Molded 316L steel in NaCl solution, Corrosion Science 43 (2001)

6 CORROSION RESISTANCE CHARACTERIZATION OF SINTERED ABNT 316 L STAINLESS STEEL M.M.Bonato (author), P.C.Borges, M.Mafra, P.Wendhausen Sete de Setembro Avenue, 3165 Curitiba/ PR, Brazil marcellemaia@hotmail.com Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná - CEFET-PR Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais Abstract. Powder Metallurgy M/P is one of the processes with large development in the last times, that makes possible the production of components in the final shape, with good dimensional precision and chemical and mechanical properties, without or almost subsequent finishing. This work presents a study about corrosion of ABNT 316-L sintered stainless steel in vacuum furnace. The results reporting microstructurall analysis, chemical characterization and corrosion resistance. The microstructure obtained (phases presents, quantity, size and distribution these) was obtained using a row of seats of metallography preparation, optics microscopy and software of analysis of images. The chemical compositions were checked through spectr ometer of optic emission. The investigation of corrosion was done through potentiodynamic tests in synthetic saliva solution (ph 7,3) composed of KSCN, NaHCO 3, KCl, NaH 2 PO 4 H 2 O and lactic acid, a normal conditions of temperature and pressure, with assistance of the potenciostat/galvanostat controlled by desktop computer. The corrosion results (corrosion rate, density of current, open circuit potential and Tafel constants) obtained for stainless steel sintered were compared with stainless steel 316L plated. Key-words: Stainless Steel, Corrosion, Electrochemical Test, Sintering. 2372