Caracterização de aço revestido com micro/nano multicamadas

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 19194 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este trabalho estudou a comparação das propriedades de resistência mecânica e de barreira entre diferentes estruturas de três revestimentos poliméricos multicamadas em cada lado dos cupons de aço. Epóxi preenchido com partículas de 1% em peso, 2% em peso e 3% em peso de mícron ou alumina nanométrica (Al2O3) representou as camadas de revestimento do aço em ambos os lados. A resistência da barreira foi realizada imergindo as amostras de aço revestidas em solução salina e em meio de ácido cítrico. A adição de partículas de alumina (Al2O3) em tamanho mícron e nano aos revestimentos epóxi melhorou a resistência da barreira, a tração e a dureza sob condições secas e úmidas em comparação com o revestimento epóxi puro. Aumentos adicionais nas micro/nanopartículas de Al2O3 causam deterioração na resistência à tração e na resistência da barreira. O aço revestido com epóxi preenchido com 1% em peso de nanopartículas de Al2O3 possui resistência à tração máxima de 299,5 MPa e 280,9 MPa sob condições secas e úmidas, respectivamente. Entretanto, o aço revestido com epóxi preenchido com 1% em peso de micropartículas de Al2O3 apresenta resistência à tração de 296,5 MPa e 275,4 MPa sob condições secas e úmidas, respectivamente. Boas propriedades foram observadas com revestimentos micro/nanocompósitos graduados passo a passo. O aço revestido com epóxi preenchido com 3% em peso de nanopartículas de Al2O3 possui dureza máxima de 46 HV e 40 HV sob condições secas e úmidas, respectivamente.

A corrosão do metal é considerada uma das questões vitais para estruturas de aço quando estas estruturas são submetidas à corrosão1. O aço possui alta resistência mecânica com fabricação de baixo custo. Conseqüentemente, é utilizado em equipamentos de perfuração, construção naval e oleodutos. Nos fuzileiros navais, a corrosão resulta em 30% da falha total e, portanto, precisava de reparos ou substituição de peças. Em ambiente marinho, a corrosão do aço é influenciada pela salinidade e alcalinidade2. Posteriormente, o revestimento foi realizado nas faces de aço para evitar a corrosão de construções metálicas novas ou existentes. A corrosão do aço atraiu muitos interesses de investigação, uma vez que é dispendiosa, particularmente nos campos petrolíferos e em ambientes marinhos3. Recentemente, revestimentos compostos de polímero para aço foram usados ​​para diminuir a difusão de oxigênio e umidade. O revestimento orgânico protetor como revestimento epóxi para metal é caracterizado por sua excelente resistência às intempéries4. O revestimento epóxi protegido tem atraído grande atenção em ambientes úmidos devido à sua excelente tenacidade, durabilidade e adesão a substratos metálicos1. Contudo, a elevada densidade de reticulação e o comportamento de barreira do revestimento epóxi podem ser indesejavelmente afetados quando expostos à corrosão. O enfraquecimento do revestimento polimérico resulta na criação de furos e defeitos na superfície do revestimento epóxi. Durante a exposição a meios corrosivos, os furos e defeitos aumentam em largura e profundidade. Os furos são considerados caminhos condutores à medida que o eletrólito se difunde no revestimento polimérico5. Além disso, o revestimento protetor falha pela causa da delaminação, que é a separação na interface revestimento polimérico/metal6. A deterioração do revestimento polimérico diminui as propriedades de barreira e, portanto, as propriedades mecânicas do revestimento polimérico5. Portanto, é essencial melhorar as propriedades da resina epóxi, substituindo o epóxi por revestimentos compósitos epóxi para atender aos requisitos de aplicações reais4.

Cargas inorgânicas incorporadas ao revestimento epóxi são um dos métodos para melhorar a caracterização anticorrosiva de revestimentos poliméricos orgânicos. A adição de partículas de enchimento menores em tamanho mícron ou nano pode melhorar as propriedades de barreira do revestimento polimérico introduzido. O tamanho, a morfologia, a forma e a porcentagem em peso das cargas afetam muito as características intrínsecas do compósito2. As nanopartículas são consideradas uma boa barreira à água e, portanto, obstruem efetivamente a absorção de água, melhorando a vida útil dos metais2. Diferentes nanomateriais estão envolvidos em vários níveis na indústria alimentar, tendo efeitos positivos e negativos na saúde humana. A alumina também pode estar presente devido à contaminação ou migração de outros materiais em contato com alimentos, como máquinas de processamento, utensílios e dispositivos7. Os revestimentos contendo partículas de Al2O3 apresentaram aumento na resistência a arranhões e abrasão em comparação com o revestimento polimérico. Este aumento na resistência a arranhões e abrasão é atribuído ao endurecimento por dispersão de nanopartículas de Al2O3 em revestimentos poliméricos8. A melhoria do impacto ambiental pode ser alcançada através da utilização de partículas nanométricas no revestimento polimérico e da eliminação da necessidade de solventes tóxicos9. Nanopartículas incorporadas em revestimentos poliméricos são bem conhecidas por suas excelentes propriedades físicas, mecânicas e térmicas10,11.