Investigação da resistência à corrosão do aço SAE 1020 após nitretação a plasma e deposição de filme DLC, utilizando etanol combustível como meio corrosivo

Abstract

O mundo moderno vem crescendo muito tecnologicamente, aliado sempre a preservação ambiental. A demanda e procura por novos materiais, com aplicações bem abrangentes, faz com que nos preocupemos com as inovações tecnológicas. As indústrias automobilística e aeroespacial avançam muito em tecnologias avançadas e ambientalmente corretas. Na indústria automotiva os motores movidos a combustão vêm passando por inovações tecnológicas com o intuito de arrecadar uma grande quantidade de benefícios econômicos, ganhando em sustentabilidade e reduzindo o impacto ambiental. Para tal, vêm se concentrando esforços na geração de motores a combustão que trabalhem com combustíveis flex. Considerando o mercado acirrado, a indústria automobilística em conjunto com as universidades vêm empenhando-se na utilização de novos combustíveis, dentre os quais, o etanol vem destacando-se devido às suas características físico-químicas, no qual, podemos destacar como vantagem, a pressão de vapor, que proporciona um ganho de potência e torque. Em contrapartida existem as desvantagens, como um aumento do desgaste e também corrosão dos componentes metálicos dos automóveis, assim como do maquinário de produção e armazenamento dos combustíveis. Os componentes metálicos, dentro de um motor, geralmente estão em constante contato, o que, geralmente, geram desgastes entre si. Os mesmos componentes também estão em contato com os combustíveis, dos quais enfatizamos o etanol e água que causam a corrosão. Neste trabalho investigou-se a resistência à corrosão de um aço baixo carbono recoberto por tratamento termoquímico de nitretação a plasma e/ou também um recobrimento com filme de carbono tipo diamante, ?Diamond-Like Carbon? (DLC). Fez ? se um estudo das condições de tratamento de superfície, principalmente do filme DLC, dos quais, sabe-se que apresenta grande potencial de proteção contra desgaste e corrosão. Para avaliar a resistência à corrosão utilizou-se ensaios de potencial de circuito aberto (PCA), polarização potenciodinâmica (PPD) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). As medidas de corrosão foram feitas no meio etanol combustível (EtOH) e etanol + LiCl (EtOH + LiCl 0,1 mol l-1). O sistema eletroquímico foi montado somente com dois eletrodos: um eletrodo de quase referencia (EQR) de aço SAE 316 e o eletrodo de trabalho com a amostra do material a ser avaliado. As melhores condições de proteção contra corrosão foram obtidas com as amostras submetidas a tratamento de superfície de nitretação a plasma e deposição de filme DLC, onde o destaque de proteção ficou mais evidente para as amostras com predominância de fase ?-Fe2-3N e para os filmes DLCp2, DLCp4 e DLCp5. Avaliou-se a influência da frequência de pulso na topografia obtida após a nitretação a plasma, utilizando frequência pulsada de 50, 100 e 150 kHz, na deposição do filme DLC. Os testes de polarização potenciodinâmica mostraram uma resistência à corrosão maior para Nit3 em EtOH e Nit2 em EtOH + LiCl 0,1 mol l-1. Os testes de corrosão mostraram que os tratamentos de nitretação a plasma que apresentaram nitretos com a fase ?-Fe2-3N foram mais resistentes à corrosão para os dois meios corrosivos. A morfologia dos filmes DLCs apresentaram variação de um meio corrosivo para outro, mostrando que os filmes avaliados em EtOH + LiCl 0,1 mol l-1 tiveram sua rugosidade suavizada após os testes de corrosão. Os cinco filmes DLCs produzidos apresentaram excelente proteção contra corrosão. Contudo, após avaliação da resistência à corrosão utilizando os testes de espectroscopia de impedância eletroquímica, verificou-se uma maior proteção contra corrosão para os filmes DLCp2, DLCp4 e DLCp5, dos quais, durante o processamento utilizou-se frequência pulsada de 100 kHz para as três condições, e potencias de deposição distintas de 1174 W, 1488 W e 1737 W.<br>

Abstract : The modern world has been growing very technologically, allied with environmental preservation. The demand for new materials, with very broad applications, makes us worry about technological innovations. The automotive and aerospace industries are advancing a lot in advanced and environmentally sound technologies. In the automotive industry, combustion-fueled engines see technological innovations in order to raise a large number of economic benefits, gaining in sustainability and reducing environmental impact. To this end, they are concentrating their efforts on the generation of combustion engines that work with flex fuels. Considering the fierce market, the automobile industry together with the universities are engaged in the use of new fuels, among which, the ethanol has been outstanding due to its physicochemical characteristics, in which, we can highlight as an advantage, the vapor pressure, which provides a power and torque gain. On the other hand, there are disadvantages, such as increased wear and also corrosion of the metal components of automobiles, as well as machinery and fuel storage. The metal components inside a motor are usually in constant contact, which usually generates wear and tear on each other. The same components are also in contact with fuels, of which we emphasize the ethanol and water that cause corrosion. In this work, the corrosion resistance of a low carbon steel coated by thermochemical treatment of plasma nitriding and/or a diamond-like carbon film coating (Diamond-Like Carbon) (DLC) was investigated. A study was made of the chemical structure of the surface treatment conditions, mainly of the DLC film, of which, it is known that it presents the great potential of protection against wear and corrosion. To evaluate the corrosion resistance, open-circuit potential (PCA), potentiodynamic polarization (PPD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used. Corrosion measurements were made on ethanol (EtOH) and ethanol + LiCl (EtOH + LiCl 0.1 mol L-1). The electrochemical system was assembled only with two electrodes: a 316 steel reference electrode almost (EQR) and the working electrode with the sample of the material to be evaluated. The best corrosion protection conditions were obtained with the samples submitted to surface treatment of plasma nitriding and deposition of DLC film, where the protection highlight was more evident for samples with the predominance of ?-Fe2-3N phase and for the DLCp2, DLCp4 and DLCp5 movies. The influence of the pulse frequency on the topography obtained after plasma nitriding, using a pulse frequency of 50, 100 and 150 kHz, was determined in the deposition of the DLC film. Potentiodynamic polarization tests showed a higher corrosion resistance for Nit3 in EtOH and Nit2 in EtOH + LiCl 0.1 mol L-1. Corrosion tests showed that plasma nitriding treatments with nitrides with the ?-Fe2-3N phase were more resistant to corrosion for the two corrosive media. The morphology of the DLC films presented variation from one corrosive medium to another, showing that the films evaluated in EtOH + LiCl 0.1 mol L-1 had their roughness smoothed after the corrosion tests. The five DLC films produced had excellent corrosion protection. However, after corrosion resistance evaluation using the electrochemical impedance spectroscopy tests, there was a higher corrosion protection for DLCp2, DLCp4, and DLCp5 films, of which, during the processing, a pulse frequency of 100 kHz was used for three conditions and different deposition powers 1174 W, 1488 W and 1737 W.