OBTENÇÃO DE LIGAS AMORFAS A BASE DE Fe-Cr-Co-P ATRAVÉS DE ELETRODEPOSIÇÃO C.AC Souza 1, I.A Carlos 2, F. Avila 1, D.V. Ribeiro, A.L.R. Tachard, L. Santos 1 Rua Aristides Novis, n 2, Salvador/BA, CEP: 40210630-Caldassouza@hotmail.com Departamento de Ciência e Tecnologia e Materiais, UFBA, 2 Departamento de química, UFSCar RESUMO Foi investigado o efeito da composição do banho e das condições de deposição sobre a morfologia e composição de depósitos da liga Fe- Cr-P-Co depositados sobre um aço 1020. O aumento da densidade de carga de deposição favorece a presença de Cr no depósito. No entanto, acima de um valor específico de densidade de carga, o qual depende da densidade de corrente de deposição, o teor de Cr no deposito diminui. A análise através de microscopia eletrônica de varredura mostra que a elevação do teor de Co não promove a presença de trincas no depósito. Palavras-Chaves: eletrodeposição, ligas amorfas, Co INTRODUÇÃO A resistência à corrosão de ligas amorfas a base de Fe, contendo Cr e outros elementos como P, Ni e Co tem sido amplamente estudada [1], sendo constatado que esses elementos apresentam um efeito significativo na elevação da resistência à corrosão dessas ligas No entanto, esses estudos referem-se a ligas obtidas através do processo de melt- spinning. Já em relação às ligas ferrosas amorfas obtidas através de eletrodeposição os estudos [2,3] apresentados na literatura se limitam às ligas a base de Fe-Cr-P e Fe-Cr-P-Ni., Embora o estudo do eletrodepósito da liga Fe- Cr- Co- P seja bastante interessante, já que é amplamente conhecido na literatura o efeito que a presença do Co tem na elevação da densidade de saturação magnética de ligas eletrodepositadas magnéticas mole. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo realizar estudos visando a obter uma liga amorfa de Fe-Cr-Co-P através de eletrodeposição, analisando o efeito da composição do banho e das condições de deposição sobre a composição e a morfologia do depósito. MATERIAIS E MÉTODOS A eletrodeposição das ligas foi realizada a partir de um banho contendo as fontes de Cr, Fe, P, Ni, e C, conforme descrito na tabela I. Como aditivos foram adicionados no banho de deposição os compostos: 0,32M Na 3 C 6 H 5 O 7.2H 2 O; 0,15M NaBr ; 0,5M H 3 BO 3 e 0,9M NH 4 Cl. O ph foi ajustado para um valor de 1,8 com a adição de HCl. Tabela!. Concentração das fontes de Cr, Fe, P, Ni and C no banho de deposição [1] Composto Função Concentração CrCl 3 Fonte de 0,38 M FeCl 2 Fonte de Fe 0,16 M NaH 2 PO 2 Fonte de P 0,23 M Cl 2 Co.6H 2 O Fonte de Co 0,17 M HCOOH Fonte de C 0,9 M As eletrodeposições foram realizadas na temperatura ambiente (25 C) e em condições galvanostática. As ligas foram depositadas sobre um substrato de aço 1020 recoberto com uma fina camada de Cu. Utilizou-se uma célula eletroquímica de dois compartimentos, contendo entre eles uma membrana seletica de cátions Nafion ( N-324 ), usada para separar o catodo do anodo. Uma placa de platina foi usada como contra eletrodo e como eletrodo de referência utilizou-se um eletrodo de calomelano saturado. 3471
A análise da morfologia dos depósitos foi realizada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) utilizando-se um microscópio.stereoscan 440-LEICA. A composição dos depósitos foi determinada através de análise semi quantitativa por dispersão de energia de Raios-X (EDS), utilizando-se um equipamento EXL OXFORD acoplado ao microscópio.a uma distância de trabalho de 25nm. A estrutura dos depósitos foi analisada através de difração de Raios-X utilizando-se um difratômetro, SIEMENS D RESULTADO E DISCUSSÃO Os resultados representados neste trabalho correspondem a depósitos, depositados sobre o substrato de aço 1020 recoberto com uma fina camada de Cu, com a finalidade de causar a aderência do depósito ao substrato. Os depósitos foram obtidos através de polarização galvanostática..apresentando uma espessura entre 22 a 26 µm. Os difratogramas obtidos através de difração de Raios-X, para todos os depósitos analisados, mostraram a presença de um único pico de difração (pico 100 correspondente ao Fe- ), com uma ampla largura, indicando que os depósitos apresentam uma estrutura amorfa Na tabela II estão representados os resultados referentes ao efeito da densidade de corrente e da densidade de carga de deposição sobre a composição dos depósitos da liga Fe-Cr-P-Co. obtidos a partir do banho de deposição descrito na tabela I Observa-se que o teor de Cr nos depósitos dessa liga em relação aos demais elementos é significativamente menor do que o teor desse elemento presente nos depósitos da liga Fe- Cr-P-Ni [4] Essa constatação provavelmente esta relacionada com o fato de que embora as concentrações das fontes de Ni e Co nos banhos de deposição sejam semelhantes, a presença de Co no depósito é significativamente maior que a do Ni indicando a maior facilidade de deposição do Co em relação ao Ni. Esse comportamento implica portanto na presença de uma quantidade significativa de Co nos depósitos da liga Fe-Cr-P-Co, o que limita significativamente a presença do Cr nos depósitos dessa liga. Tabela II Composição dos depósitos da liga of Fe-Cr- P-Co depositadas em diferentes condições de densidade de corrente e de carga. J / macm -2 q d / Ccm -2 Composition / at % Fe Cr P Co. 200 50 12 5 41 42 200 100 17 6 37 40 200 150 16 6 37 41 200 200 20 7 32 41 300 50 23 5 32 40 300 100 22 6 30 41 300 150 21 6 30 43 300 200 27 7 28 38 400 50 30 6 35 29 400 100 27 7 33 33 400 150 28 8 28 35 400 200 31 6 29 34 400 300 32 7 27 34 500 50 32 7 36 25 500 100 32 8 25 35 500 150 31 11 28 30 500 200 31 9 24 36 500 300 30 8 28 34 Através da tabela II observa-se que com a elevação da densidade de corrente de deposição aumenta o teor de Cr no depósito da liga Fe-Cr-P-Co, o mesmo ocorrendo com a elevação da densidade de carga de deposição, já nos depósitos obtidos nas densidades de corrente mais elevadas, 400 e 500mA/cm 2, observa-se que a partir de uma determinada densidade de corrente de carga, em torno de 150 C/ cm 2 passa a ocorrer uma pequena diminuição do teor de Cr com a elevação da densidade de carga. Essa constatação provavelmente esta relacionada com a 3472
intensificação do desprendimento de hidrogênio causado pela elevação das densidades de carga e de corrente de deposição, o que deve Ter causado a hidratação do Cr e conseqüentemente reduzido a sua eficiência de deposição. Esse comportamento é semelhante ao constatado para os depósitos da liga Fe -Cr-P-Ni [4], no entanto observa-se que a elevação da presença do Cr nos depósitos contendo Co com a densidade de corrente e a densidade de carga de deposição é significativamente menor, o que deve ser atribuído à quantidade significativa de Co nesses depósitos. Em relação ao efeito da densidade de corrente sobre a presença dos outros elementos nos depósitos da liga Fe- Cr- P-Co, observa-se através da tabela II, que a presença do Co assim como a do P, apresenta uma tendência em diminuir com a densidade de corrente de deposição, enquanto que a presença do Fe em relação aos demais elementos tende a aumentar. Com a elevação da densidade de carga há uma tendência em diminuir o teor relativo do Co nos depósitos da liga Fe-Cr- P-Co, porém em relação aos demais elementos, P e Fe, não há uma tendência clara do efeito da densidade de carga sobre o conteúdo desses elementos. Nas tabelas III e IV estão representados os resultados sobre o efeito da concentração da fonte de P no banho de deposição na composição dos depósitos da liga Fe-Cr-P-Co, obtidos na densidade de corrente de 500mA/cm 2 e nas densidades de carga de 50 C/cm 2 e 150 C/cm 2. Tabela III. Composição dos depósitos da liga Fe-Cr-P-Co, obtidos a partir de diferentes concentrações de NaH 2 PO 2, a 50 C/cm 2 e 500mA/cm 2. NaH 2 PO 2 (M) Fe(%) Cr(%) P(%) Co(%) 0 41 15 0 44 0,05 28 11 19 42 0,11 29 6 29 40 0,23 32 7 36 25 Tabela IV. Composição dos depósitos da liga Fe- Cr-P-Co, obtidos a partir de diferentes concentrações de NaH 2PO 2, a 150 C/cm 2 e 500mA/cm 2. NaH 2 PO 2 (M) Fe(%) Cr(%) P(%) Co(%) 0 38 18 0 44 0,05 35 6 14 45 0,11 33 7 21 39 0,23 30 11 28 30 Observa-se através dos resultados representados nas tabelas III e IV, que em ambas as densidades de carga de deposição, o teor de Cr nos depósitos da liga Fe-Cr-P-Co aumenta com a ausência da fonte de P no banho de deposição. No entanto, não é constatado um aumento contínuo do teor de Cr com a diminuição da concentração de NaH 2PO 2, sendo que inclusive nos depósitos obtidos em 150 C/cm 2 é constatada uma diminuição do teor de Cr, como mostra a tabela IV. Esse comportamento ocorre, porque com a diminuição da concentração de NaH 2 PO 2 no banho de deposição, e a conseqüente diminuição do teor de P no depósito, ocorre um aumento significativo do teor de Co no depósito, inibindo a elevação do teor de Cr. Esse comportamento indica portanto, uma codeposição anômala entre o Cr e o Co, na qual o Co é depositado com mais facilidade em relação ao Cr, o que impede uma presença mais significativa desse elemento nos depósitos. Em relação à presença do Fe nos depósitos, observa-se que nas deposições realizadas em 50 C/cm 2 não é observada uma relação clara entre o teor desse elemento no depósito e a concentração da fonte de Fe. Já nas deposições realizadas em 150 C/cm 2 observa-se que o teor de Fe no depósito aumenta com a diminuição da concentração de NaH 2 PO 2 no banho de deposição, porém numa intensidade menor que a observada para o Co. 3473
O efeito da concentração da fonte de Co, Cl 2 Co.6H 2 O, no banho de deposição sobre a composição da liga Fe-Cr- P-Co-C é mostrado através dos resultados representados na tabela V, que se referem aos depósitos obtidos a 150 C/cm 2 e na densidade de corrente de 500mA/cm 2. Observase através desses resultados, que com a diminuição da concentração de Cl 2 Co.6H 2O no banho de deposição, há uma tendência em ocorrer a elevação dos teores de Cr e Fe e uma diminuição do teor de P. Esses resultados, juntamente com os representados nas tabelas III e IV, indicam que o Co deposita com mais facilidade que o P, e a sua presença causa um efeito inibidor sobre a deposição do Cr mais intenso do que o causado pelo P Tabela V. Composição dos depósitos da liga Fe -Cr-P- Co, obtidos a partir de diferentes concentrações de Cl 2 Co.6H 2 O, a 150 C/cm 2 e 500mA/cm 2 Cl 2Co.6H 2O (M) Fe(%) Cr(%) P(%) Co(%) 0 56 27 17-0,02 53 26 18 3 0,04 48 16 25 11 0,06 48 16 20 16 0,09 41 13 23 23 0,13 33 12 25 30 0,17 31 11 28 30 O efeito da presença do Co na morfologia dos depósitos pode ser observado através das figuras 1, 2, 3 e 4. As figuras 1, 2 e 3 correspondem às micrografias obtidas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos eletrodepósitos da liga Fe-Cr-P-Co. Esses depósitos contendo diferentes teores de Co, obtidos em 150 C/cm 2 e 500mA/cm 2 à partir de soluções contendo diferentes concentrações da fonte de Co ( tabela II ) Figura 1. Micrografias obtidas através de MEV do depósito de liga Fe 48 Cr 16 P 25 Co 11 com aumento de 2000x 3474
Figura 2. Micrografias obtidas através de MEV do depósito da liga Fe 48Cr 16 P 20Co 16 com aumento de 2000x. Figura 3. Micrografias obtidas através de MEV do depósito da liga Fe 33 Cr 12 P 25 Co 30 com aumento de 2000x Observa-se através das micrografias representadas nas figuras 1, 2 e 3, que a elevação do teor de Co no depósito não resulta na intensificação das microtrincas presentes. A presença de microtrinca no depósito com teor mais levado de Co ( Fe 31 Cr 11 P 28 Co 30 ), não é intensa. Essas observações indicam portanto, que a presença do Co não causa uma elevação significativa do nível de tensão dos depósitos das ligas estudadas. CONCLUSÃO Foi possível a obtenção sobre um substrato de aço recoberto com uma fina camada de Cu de eletrodepósitos amorfos da liga Fe-Cr-P-Co com elevado teor de Cr e Co e uma presença mínima de microtrincas A elevação da densidade de carga de deposição facilita a deposição do Cr. No entanto, acima de uma densidade de carga específica a qual depende da densidade de corrente de deposição, o teor de Cr no depósito diminui. A presença do P no depósito inibe a deposição do Cr. No entanto, o teor de Cr no depósito não é proporcional a diminuição da concentração de NaH 2 PO 2 no banho de deposição. O Co deposita com mais facilidade que o P, e a sua presença causa um efeito inibidor sobre a deposição do Cr mais intenso do que o causado pelo P 3475
REFERÊNCIAS 1. R. Hasegawa: Glassy Metals: Magnetic, Chemical, and Structural Properties, CRC Press, Boca Raton, Florida 1983. 2. J. C, Kang and B. Lalvani. Journal of Applied Electrochemistry 22 (1992) 787. 3. J. C, Kang and B. Lalvani. Journal of Applied Electrochemistry 25 (1995) 376. 4. C. A. Souza, I. A. Carlos and E. D. Bidoia., Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials 14 (2002) 39. 3476
OBTAINMENT OF Fe-Cr-Co-P BASED AMORPHOUS ALLOYS BY ELECTRODEPOSITION ABSTRACT The effect of bath composition and plating condition on morphology and composition of amorphous Fe-Cr-P-Co deposits on steel 1020 was investigated. The increase of charge density activates the inclusion of Cr content in deposit. However, above specified values of charge density, which depends of depos ition current density, the Cr content in deposit decrease. SEM analysis showed that the increase of Co content not promotes the microcracks deposit susceptibility. KEY- WORDS: electrodeposition; amorphous alloys; Co 3477