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: 58175-000, 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 (2,541 10-5 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
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
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 40 60 4 6 8 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 -1 0 +1 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).
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 2.5.1 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]. 2.5.2 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 10000 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
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 8,44 2 45,24 29,20 25,56 7,61 3 48,67 38,10 13,23 5,41 4 47,22 39,21 13,57 10,89 5 46,38 23,90 29,72 10,29 6 44,63 36,38 18,99 7,26 7 45,32 43,56 11,12 26,66 8 44,77 27,55 27,68 13,22 9 47,22 27,55 25,23 10,32 10 44,68 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
(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).
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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 j (ma/cm²) ph do banho Icorr (A/cm²) 7,106 10-5 5,877 10-5 3,252 10-5 3,085 10-5 4,965 10-5 2,541 10-5 1,528 10-4 3,547 10-5 3,729 10-5 4,009 10-5 Rp (Ohm.cm²) 622 633,9 1362 723,3 794,4 1509 364 1244 1050 779,8 Através Tabela 4, pomos observar Ohm.cm²) e maior nsi corrente que o experimento que apresentou melhor corrosão (1,528 10-4 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
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 500 300 200 anticorrosivas. EXP.6 EXP.7 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 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. 600 500 400 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 0 30 35 40 relação ao experimento 7, estes resultados confirmam as observações feitas nas curvas 45 50 55 60 2 /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.
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
nsi corrente 40 ma/cm² com o ph 8 coatings. Journal of Alloys and Compounds, e em temperatura ambiente. v. 619, p. 697-703, 2015. 5 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. 1371-1376, 2010. 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. 69-76, 2003. coposition of an Fe Mo alloy. Journal of SANTANA, R. A. C.; CAMPOS, A. R. N.; Electroanalytical Chemistry, v. 455, p. 205- PRASAD, S. OTIMIZAÇÃO DO BANHO 207, 1998. 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. 360-365, 2007. 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. 167-174, 2013. v. 611, p. 243-248, 2014. 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. 708- on electroposition and characterization of the Ni-W-Fe alloys of ternary Zn-Fe-Mo alloy 726, 2016.