ESTUDO DAS PROPRIEDADES DA LIGA Mo-Co-Fe OBTIDA POR ELETRODEPOSIÇÃO E AVALIAR O EFEITO DA DENSIDADE DE CORRENTE E ph DO BANHO

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1 ESTUDO DAS PROPRIEDADES DA LIGA Mo-Co-Fe OBTIDA POR ELETRODEPOSIÇÃO E AVALIAR O EFEITO DA DENSIDADE DE CORRENTE E ph DO BANHO Alison Silva Oliveira1; José Anrson Machado Oliveira1; Ana Regina Nascimento Campos1; Shiva Prasad1; Renato Alexandre Costa Santana1 1 Universi Feral Campina Gran, Uni Acadêmica Biologia e Química, Centro Educação e Saú, Sítio Olho D água Bica, S/N, CP: , Cuité, PB, Brasil. alison.oliveira18@gmail.com RESUMO Devido aos nos causados por processos corrosivos sobre superfícies metálicas spertou-se o interesse no senvolvimento tecnologias capazes amenizar os prejuízos causados pela corrosão. Dentre estas tecnologias temos a utilização revestimentos metálicos obtidos por eletroposição. Esta técnica permite a obtenção revestimentos formados por metais puros ou pela combinação dois ou mais metais para formação uma liga. Os revestimentos obtidos por essa técnica po ter propries superiores, por exemplo: melhor resistência à corrosão, maior dureza, melhoria nas propries magnéticas, ntre outras. Neste trabalho avaliou-se a eletroposição uma liga ternária forma por Mo, Co e Fe sobre um substrato Cu. Foi utilizado um planejamento experimental 3² associado à metodologia superfície resposta (MSR). Foi avaliado a influencia dos parâmetros nsi corrente e ph do banho sobre as propries liga Mo-Co-Fe o experimento que apresentou maior resistência a corrosão foi o experimento 6 com uma composição química 44,63 (wt%) Mo, 36,38 (wt%) Co e 18,99 (wt%) Fe com uma eficiência corrente 7,66 (%), a resistência a polarização foi (1509 Ohm.cm²) com a nsi corrente corrosão (2, A/cm²), nas condições 40 (ma/cm²) nsi corrente com o ph 8. A liga com maior resistência a corrosão não apresentou tricas ou nódulos e apresentou caráter amorfo. Palavras-chave: Eletroposição, corrosão, liga Mo-Co-Fe. metais cobalto e ferro, pois ligas Co-Fe 1 INTRODUÇÃO A eletroposição consiste em se aplicar apresentam magnéticas, excelentes mecânicas propries incluindo boa uma corrente elétrica, geralmente contínua, permeabili elétrica e estabili elétrica. sobre uma termina superfície contato Outros metais pom ser adicionados à liga formando assim um revestimento metálico. A Co-Fe, como, por exemplo, W, Mo e V, posição po acontecer em superfície originando assim uma liga ternária com condutora como: metais, ligas metálicas, aço melhores propries tais como, dureza, carbono e latão, ntre outras. [SANTANA et maior durabili do revestimento, maior al., 2003]. resistência à corrosão, estabili térmica, Nos dias atuais houve um gran entre outras [NOCE et al., 2014]. Os interesse em se estur ligas que contem os elementos do grupo do ferro fornecem ao

2 revestimento excelentes propries como: Ni-W, Ni-W-B, Ni-P, Co-W, Co-P, etc. alta resistência à corrosão, boa capaci [SRIVASTAVA et al., 2013]. pintura. Ao introduzido o molibdênio ao O presente trabalho teve como objetivo revestimento, por exemplo, ele propicia ao obter a liga Mo-Co-Fe por eletroposição, revestimento maior dureza, maior resistência tendo um dos focos a aplicação sse ao gaste e maior resistência à corrosão. revestimento protetor em válvulas, dutos [WINIARSKI et al., 2016]. empregado no armazenamento e transporte Houve estudos sobre o molibdênio e petróleo. Neste processo obtenção foi chegou à conclusão que o mesmo não po avaliado o efeito s variáveis nsi ser eletropositado sozinho em uma solução corrente e ph do banho eletrolítico sobre os aquosa, mas a sua eletroposição po ser resultados composição química, eficiência alcança através coposição induzi, on o mesmo é induzido por elementos do resistência à corrosão liga. Para avaliação grupo do ferro (Fe, Ni e Co) [NIU et al., dos melhores resultados foi utilizado um 1998]. planejamento Revestimentos Fe-Co, apresentam melhorias para as superfícies em que foram positados. Apresentando uma corrente, morfologia experimental superficial completo e 3² associado à metodologia superfície resposta (MSR). eleva importância para o âmbito industrial [QIANG 2. METODOLOGIA et al., 2010]. 2.1 Eletroposição Estudos têm sido senvolvidos com o Os reagentes utilizados na eletroposição intuito encontrar novos revestimentos que liga Mo-Co-Fe são apresentados na Tabela possam revestimentos 1. Os reagentes utilizados são alto grau tradicionais cromo duro, visto que o cromo analítico, o ph do banho eletrolítico foi em elevas temperaturas per algumas ajustado com H2SO4 (50% v/v) ou com suas propries. Além disso, a utilização NH4OH (concentrado). substituir os íons Cr6+ na formulação do banho eletrolítico Tabela 1: Reagentes utilizados para a utilizado para obtenção sses revestimentos eletroposição liga Mo-Co-Fe. pom trazer diversos nos ambientais vido a sua eleva toxiz. Entre esses novos revestimentos cabe staque as ligas Reagentes Concentração (mol/l) Sulfato Cobalto 0,05 Sulfato Ferro 0,01 Molibito Sódio 0,03 Citrato Sódio 0,10

3 alto, respectivamente (Tabela 2). Para análise As ligas foram eletropositas sobre dos resultados obtidos no planejamento foi um substrato cobre com área superficial utilizado o software STATISTICA, versão 8 cm². Antes eletroposição o substrato 8.0. foi submetido a dois processos tratamento: Tabela 2: Níveis reais e codificados s o primeiro foi o tratamento mecânico on o variáveis avalias no planejamento 3². substrato passou por um polimento com lixas Variáveis inpenntes em granulometria crescente 400, 600 e 1200 O segundo foi o tratamento químico on o substrato foi submerso em uma solução NaOH (10% m/v) para a limpeza do substrato Densi corrente (ma/cm2) ph e lavado com água stila e submerso em 2.3 Determinação H2SO4 (1% v/v) para a ativação superfície. química, Após o tratamento placa cobre a r inicio ao composição caracterização A terminação composição química processo liga Mo-Co-Fe foi realiza utilizando a eletroposição foi técnica energia dispersiva raios-x, galvanostático utilizando um espectrômetro fluorescência eletroposição. A realiza controle sob 20 superfície e estrutura física. mesma foi leva para o banho eletrolítico, para Valores codificados Valore reais utilizando uma fonte energia externa marca MINIPA, molo MPL-1303M, o TESCAN, com Detector EDS a seco substrato cobre foi utilizado como cátodo e Oxford molo X-ACT IE150. uma malha cilíndrica platina como ânodo. raios-x por energia dispersiva A morfologia dos eletropósitos foi A temperatura do banho foi manti em 25ºC avalia ± Eletrônica Varredura (MEV) utilizando um 2ºC. Todos os experimentos foram submetidos a uma carga 300 Coulombs. 2.2 Planejamento experimental pela técnica Microscopia microscópio eletrônico TESCAN, molo VEGA 3SBH. Na eletroposição liga Mo-Co-Fe A estrutura física foi analisa pela utilizou-se um planejamento experimental 32, técnica difração raios-x. Foi utilizado um com dois pontos centrais, totalizando 10 difratômetro raios-x molo 6100 experimentos. As variáveis nsi Shimadzu, contento um tubo Cu Kα e foi corrente e ph do banho foram avalias nos usado 30 kv e 30 ma. Faixa varredura foi níveis codificados -1, 0 e +1, baixo, central e 30 a 60º (2θ).

4 calomelano saturado (Hg/Hg2Cl2). Os ensaios 2.4 Eficiência corrente corrosão foram realizados em solução A eficiência corrente (EC) foi corrosiva NaCl 3,5% a temperatura termina através composição química ambiente 25 ºC ± 2 ºC. liga e carga utiliza no processo eletroposição, por meio s leis Faray Polarização acordo com a equação [1]: Potenciodinâmica Linear A técnica Polarização Potenciodinâmica Linear (PPL) foi utiliza para avaliar o comportamento corrosivo dos On W é a massa que foi posita (g), t é revestimentos obtidos. Antes ca análise o tempo posição (s), I é a nsi foi medido o potencial circuito aberto corrente (A), EW é o peso equivalente liga (PCA) utilizando um tempo estabilização (g.equiv-1), ci é a fração do peso do elemento 1200 s. Os testes PPL foram realizados positado, ni é o número elétrons que utilizando um intervalo ± 300 (mv) a partir ca átomo do metal, Mi é a massa atômico do PCA, com uma veloci varredura do elemento metálico (g.mol-1) e F é a 1 mv/s. Para obtenção e tratamento dos dos constante Faray (96,485 C mol-1). utilizou-se Software GPES. [OLIVEIRA et al., 2015] Espectroscopia Impedância Eletroquímica 2.5 Teste corrosão Para o teste corrosão utilizou-se um Para análise impedância foi utiliza potenciostato/galvanostato PG STATE 30 a técnica Espectroscopia Impedância AUTOLAB. Eletroquímica, on os revestimentos foram Os ensaios eletroquímicos corrosão submetidos a uma varredura frequência foram realizados em uma célula eletroquímica Hz a 0,01 Hz, com uma amplitu composta por três eletrodos, sendo o eletrodo sinal 0,01 V. Para obtenção e tratamento trabalho o substrato cobre revestido dos utilizou-se Software FRA2. com a liga Mo-Co-Fe, um contra eletrodo platina em formato espiral e como referencia utilizou-se um eletrodo

5 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 3 mostra a metais (percentual em massa: wt%) Mo, matriz Co e Fe e eficiência corrente (%). experimental completa com as variáveis: nsi corrente (j = ma/cm²) e ph, e os resultados obtidos: composição química dos Tabela 3: Matriz do planejamento fatorial 3² (variáveis e respostas). Exp. j (ma/cm2) ph do banho Mo (wt%) Co (wt%) Fe (wt%) EC (%) 1 50,10 32,49 17,41 8, ,24 29,20 25,56 7, ,67 38,10 13,23 5, ,22 39,21 13,57 10, ,38 23,90 29,72 10, ,63 36,38 18,99 7, ,32 43,56 11,12 26, ,77 27,55 27,68 13, ,22 27,55 25,23 10, ,68 23,91 31,41 10,04 Observa-se na Tabela 3 que o ph na faixa 4 a 8 foram obtidos os maiores molibdênio positou em maior quanti percentuais em massa molibdênio. Com em todos os experimentos, seguido pelo o valores nsi corrente entre 20 e 40 cobalto e o que apresentou menor quanti (ma/cm²) e com to faixa ph entre 4 e 8 nos revestimentos foi o ferro. O revestimento se obteve o menor percentual em massa do que apresentou a maior eficiência corrente molibdênio na liga. (EC %) foi no experimento 7 (26,66%) esta liga foi obti nas condições 20 ma/cm² e ph 4. Este comportamento po ser associado ao maior percentual cobalto na liga. As superfícies respostas para o percentual em massa do Mo (wt%), Co (wt%) e Fe (wt%) através dos efeitos sofridos pelas variáveis entra (nsi corrente e ph do banho), são apresentados nas Figuras 1, 2 e 3, respectivamente. Figura 1: Superfície resposta do percentual massa do molibdênio (wt%): nsi corrente (ma/cm²) vs. ph. Observa-se na Figura 1 que com uma Observa-se na Figura 2 que em to nsi corrente 60 (ma/cm²) e com faixa nsi corrente entre 20 e 60

6 (ma/cm²) e com ph 4 se obteve o maior percentual cobalto. O menor percentual positado foi com valores nsi corrente entre 20 e 60 (ma/cm²) com o ph 6. Desta maneira é notável que a variável entra ph do banho apresentou uma maior influência para a redução do cobalto em relação com a nsi corrente. Figura 3: Superfície resposta do percentual em massa ferro (wt%): nsi corrente (ma/cm²) vs. ph. Na Figura 4 é apresenta a superfície resposta para a eficiência corrente. Os maiores valores eficiência corrente foram obtidos com nsi corrente entre 20 e 40 (ma/cm²) e com ph entre 4 e 6. Figura 2: Superfície resposta do percentual em massa do cobalto (wt%): nsi corrente (ma/cm²) vs. ph. Já os menores valores para eficiência corrente foram observados com a nsi corrente 60 (ma/cm²) e com o ph 8. Na Figura 3 é apresenta a superfície Portanto, observa-se que os maiores valores resposta para o percentual em massa do eficiência corrente, foram obtidos com ferro, on ao analisar percebe-se que em to valores nsi corrente baixa, este a faixa nsi corrente entre 20 e 60 resultado é importante no ponto vista (ma/cm²) e com valores ph superior 4 e industrial, pois é possível obter a liga Mo- inferior a 8 obteve o maior percentual em Co-Fe com uma boa eficiência com baixos massa do ferro. Com valores nsi valores nsi corrente, ou seja, corrente entre 20 e 60 (ma/cm²) e com ph 4 baixo custo elétrico na eletroposição se obteve o menor percentual em massa do liga. ferro. Desta maneira observa-se que as duas Na Tabela 4 temos as repostas variáveis nsi corrente e ph do corrente corrosão (Icorr) e resistência banho tiveram influência sobre a redução do polarização (Rp), obtidos através dos testes ferro. corrosão (PPL).

7 Figura 4: Superfície resposta eficiência corrente (EC, %): nsi corrente (ma/cm²) vs. ph. Tabela 4: Matriz do planejamento experimental 32 e as respostas para os ensaios corrosão. Exp j (ma/cm²) ph do banho Icorr (A/cm²) 7, , , , , , , , , , Rp (Ohm.cm²) , ,3 794, ,8 Através Tabela 4, pomos observar Ohm.cm²) e maior nsi corrente que o experimento que apresentou melhor corrosão (1, A/cm²). Quanto maior a resistência no meio corrosivo em que foi resistência polarização, maior será a exposto, foi o Exp. 6, pois o mesmo resistência do revestimento no meio corrosivo apresentou uma e quanto menor a corrente corrosão, menor polarização (1509 maior resistência Ohm.cm²) e menor será oxição do revestimento e vice-versa. nsi corrente corrosão (2,541 A Figura 5 apresenta as curvas 10-5 A/cm²) e o experimento que apresentou polarização liga Mo-Co-Fe. Pomos piores resultados foi o Exp. 7, vido ter observar que realmente o experimento 6 tem menor uma maior resistência contra corrosão em resistência polarização (364

8 relação ao experimento 7, isso se ve ao fato 700 que o revestimento do experimento 6 tem 600 um valor potencial corrosão (Ecorr) mais do experimento melhores 7. Apresentando propries assim 400 Z'' (Ohm) nobre quando comparado com o revestimento anticorrosivas. EXP.6 EXP Z' (Ohm) Figura 6: Diagrama Nyquist liga MoCo-Fe. Na Figura 7 temos o difratograma 1E-3 raios-x liga Mo-Co-Fe para o maior e I (A) 1E-4 menor percentual em massa do molibdênio 1E-5 obtido nos revestimentos, on no ângulo 1E-6 EXP.7 EXP.6 1E-7-1,0-0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3 E (V) 2θ igual a 44º o revestimento apresenta uma ban larga típico revestimentos amorfos. [SANTANA et al., 2007]. Figura 5: Gráfico: curvas PPL liga MoCo-Fe impedância liga Mo-Co-Fe. Através do Intensi A Figura 6 apresenta os diagramas 300 diagrama impedância pomos observar 200 que o experimento 6 apresenta um maior 100 diâmetro do diagrama impedância em relação ao experimento 7, estes resultados confirmam as observações feitas nas curvas /Graus Figura 7: Difratograma raio-x liga MoCo-Fe. PPL. Nas Figuras 8 e 9 são apresentados os MEV dos revestimentos selecionados nos testes corrosão.

9 superfície do experimento 7 (Figura 9), fica perceptível a formação micro rachaduras ou trincas, este comportamento po estar associado aos piores valores nos testes corrosão sse revestimento, pois o mesmo apresentou menores valores resistência a polarização (Rp) e maiores valores corrente corrosão (Icorr), pois através ssas Figura 8: Micrografia superfície liga Mo-Co-Fe do experimento 6 com ampliação 1000x (nsi corrente 40 ma/cm² e ph 8). micro rachaduras o meio corrosivo po entrar em contato com o substrato cobre, ocasionando assim a oxição do substrato. 4 CONCLUSÕES A liga Mo-Co-Fe, foi obti com sucesso por meio eletroposição, seguindo técnica os parâmetros operacionais estabelecidos neste estudo. Observou que o ph e a nsi corrente influenciaram diretamente na redução do Mo, Co e Fe. Os maiores valores Figura 9: Micrografia superfície liga Mo-Co-Fe do experimento 7 com ampliação 1000x (nsi corrente 20 ma/cm² e ph 4). Na imagem superfície do experimento 6 (Figura 8), observa-se uma superfície aparentemente lisa sem formação micro rachaduras ou trincas, tal aspecto po estar associado ao seu comportamento perante a corrosão, pois o mesmo apresentou melhores propries anticorrosiva com a maior resistência polarização e menor corrente corrosão. Uma analise do percentual em massa do Mo (wt%) foi obtido em altas nsis corrente e ph baixo. O maior percentual em massa do Co (wt%) foi obtido em to faixa nsi corrente com um ph baixo e o maior percentual em massa do Fe (wt%) foi obtido em to a faixa nsi corrente com o ph superior 4 e inferior a 8. Os valores ótimos dos parâmetros operacionais para boas propries anticorrosivas como maior resistência a polarização (Rp) e menor corrente corrosão (Icorr), foram com a

10 nsi corrente 40 ma/cm² com o ph 8 coatings. Journal of Alloys and Compounds, e em temperatura ambiente. v. 619, p , QIANG, C.; XU, J.; XIAO, S.; JIAO, Y.; AGRADECIMENTOS Os autores agracem a Coornação Aperfeiçoamento Superior (CAPES) Pessoal ao Nível Laboratório Microscopia Eletrônica do Departamento Engenharia Mecânica UFCG pelas análises ZHANG, Z.; LIU, Y.; ZHOU, Z. The influence of ph and bath composition on the properties of Fe Co alloy film electroposition. Applied Surface Science, v. 257, p , SANATANA, R. A. C.; PRASAD, S.; MEV e EDS. SANTANA, F. S. M. REVESTIMENTO ELETROLÍTICO 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS NIU, Z. J.; YAO, S. B.; ZHOU, S. M. In situ surface Raman investigation on induced- COM UMA LIGA AMORFA DE Ni-W-B, RESISTENTE À CORROSÃO E AO DESGASTE. Eclética Química, v. 28, n. 1, p , coposition of an Fe Mo alloy. Journal of SANTANA, R. A. C.; CAMPOS, A. R. N.; Electroanalytical Chemistry, v. 455, p PRASAD, S. OTIMIZAÇÃO DO BANHO 207, ELETROLÍTICO NOCE, R. D.; BENEDETTI, A. V.; MAGNANI, M.; PASSAMANI, E. C.; DA LIGA Fe-W-B RESISTENTE À CORROSÃO. Química Nova, v. 30, n. 2, p , KUMAR, H.; CORNEJO, D. R.; OSPINA, C. SRIVASTAVA, M.; ANANDAN, C.; GRIPS, A. Structural, morphological and magnetic V. K. W. Ni-Mo-Co ternary alloy as a characterization of electroposited Co Fe replacement for hard chrome. Applied W alloys. Journal of Alloys and Compounds, Surface Science, v. 285P, p , v. 611, p , WINIARSKI, J.; TYLUS, W.; KRAWCZYK, OLIVEIRA, A. L. M.; COSTA, J. D.; M. S.; SZCZYGIEL, B. The influence of SOUZA, M. B.; ALVES, J. J. N.; CAMPOS, molybnum on the electroposition and A. R. N., SANTANA, R. A. C.; PRASAD, S. properties Studies coatings. Electrochimica Acta, v. 196, p on electroposition and characterization of the Ni-W-Fe alloys of ternary Zn-Fe-Mo alloy 726, 2016.