luana santana dos santos estudo eletroquímico de ligas metálicas

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    08-Jan-2017

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    UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

    INSTITUTO DE TECNOLOGIA

    PROGRAMA DE PSGRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA

    LUANA SANTANA DOS SANTOS

    ESTUDO ELETROQUMICO DE LIGAS METLICAS

    ALUMNIO - SILCIO EM MEIO CIDO

    BELM

    2012

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    LUANA SANTANA DOS SANTOS

    ESTUDO ELETROQUMICO DE LIGAS METLICAS ALUMNIO SILCIO

    EM MEIO CIDO

    REA DE CONCENTRAO: Desenvolvimento de Processos

    ORIENTADOR: Prof. Dr. Jos Carlos Cardoso Filho

    BELM

    2012

    Dissertao apresentada ao Curso de

    Ps-Graduao em Engenharia Qumica

    da Universidade Federal do Par, como

    parte dos requisitos necessrios para

    obteno do Ttulo de Mestre.

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    Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP) Biblioteca do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

    Santos, Luana Santana dos Estudo eletroqumico de ligas metlicas alumnio-silcio em meio cido / Luana Santana dos Santos; orientador, Jos Carlos Cardoso Filho._ Belm - 2012 Dissertao (Mestrado) Universidade Federal do Par. Instituto de Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica, 2012

    1. Ligas de alumnio 2. Eletroqumica 3. Silcio I. Ttulo CDD 22.ed. 620.16

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    Dedico este trabalho a minha me,

    Carmen, aos meus avs Argemira e Francisco

    por todo amor, carinho, dedicao e incentivo

    que me permitiram alcanar este objetivo.

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    AGRADECIMENTOS

    A Deus por ter me protegido e conduzido durante o caminho percorrido na conquista

    deste sonho e ter me concedido foras para superar todas as dificuldades.

    A minha me Carmen Rute, minha grande amiga e fonte de amor e coragem.

    Aos meus avs Argemira e Francisco Santana (in memorian), que sempre

    incentivaram e acreditaram em meus projetos.

    Ao meu orientador Prof. Dr. Jos Carlos Cardoso Filho, pela orientao, amizade e

    apoio durante o desenvolvimento deste trabalho.

    Ao Prof. Dr. Jos Maria do Vale Quaresma e ao seu grupo GPEMAT pelo

    fornecimento das ligas utilizadas na parte experimental deste trabalho.

    Aos meus irmos Layane, Igor e Liliane, as minhas sobrinhas Ariela e Letcya e aos

    familiares que torceram pelo meu sucesso.

    Ao meu namorado Sergio, pelo apoio e incentivo durante esta caminhada.

    Aos amigos do LC Aline, Felipe, Letcia, Luiza, Marcelo e Suellen pela disposio e

    pacincia em ajudar e pela contribuio ao xito deste trabalho.

    As minhas amigas Adriana, Adrielle, Danielly, Elizabeth, Gabriela, Klaissa, Lorena,

    Marluce e Raquel, por todo apoio, carinho e amizade.

    Aos amigos Andr, lvaro, Aurismar, Cesar, Elen, Ezequiel, Garcia, Gerson,

    Ivaneide, Kvia, Liliane, Regina, Sandra, Valdecir, Vera, pela pacincia, bondade e fora, que

    colaboraram muito desde a graduao.

    A CAPES pelo auxlio financeiro.

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    Lute com determinao, abrace a vida com paixo, perca com classe e

    venca com ousadia, porque o mundo pertence a quem se atreve e a vida muito

    para ser insignificante.

    (Charles Chaplin)

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    RESUMO

    As ligas a base de alumnio-silcio apresentam baixo peso especfico, boa resistncia

    mecnica e resistncia corroso, tm sido amplamente utilizadas como substitutas de

    algumas ligas ferrosas na fabricao de peas em diversos segmentos industriais. Nesta

    pesquisa estudou-se o comportamento eletroqumico do alumnio e suas ligas alumnio-silcio

    0,3 e 0,7% em massa, em eltrlitos de cido sulfrico e cido clordrico, ambos a 0,1 mol/L.

    Os resultados das tcnicas eletroqumicas mostraram que o Si provocou um deslocamento

    para valores mais positivos do potencial de corroso, observou-se uma regio de passividade

    nas curvas andicas dos eletrodos em cido sulfrico, este fenmeno de passivao no

    ocorreu em cido clordrico. Os diagramas de Nyquist apresentaram dois arcos,um capacitivo

    na regio de altas frequncias, relacionado formao da camada xida e, um indutivo em

    baixas frequncias, atribudo a adsoro de nions na superfcie metlica, as semelhanas nos

    diagramas mostram que os fenmenos eletroqumicos so idnticos e independentes da adio

    de Si. Os diagramas de impedncia, tambm, mostraram menor resistncia de polarizao das

    ligas Al-Si. Considerando, apenas, os estudos eletroqumicos pode-se afirmar que os eletrodos

    no apresentaram diferenas relevantes entre si e a suscetibilidade a corroso nestas solues

    cidas no implica em uma caracterstica desfavorvel a sua aplicao.

    Palavras-chave: Alumnio, ligas Al-Si, tcnicas eletroqumicas.

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    ABSTRACT

    The alloys based on aluminum-silicon have low specific weight, good mechanical strength

    and corrosion resistance, have been widely used as substitutes for some ferrous alloys in

    manufacturing parts for various industries. In this research we studied the electrochemical

    behavior of aluminum and aluminum-silicon alloys 0.3 and 0.7% by mass in electrolytes

    sulfuric acid and hydrochloric acid, both at 0.1 mol/L. The results of electrochemical

    techniques showed that the Si caused a shift to more positive values corrosion potential was

    observed a region of passivity anodic curves of the electrodes in sulfuric acid, this

    phenomenon was not observed in hydrochloric acid. The Nyquist diagrams show two arcs, a

    capacitive region of high frequencies related to the formation of the layer oxidizes and an

    inductive at low frequencies attributed to adsorption of anions on the metal surface, the

    similarities in the diagrams show that the electrochemical phenomena are identical and

    independent addition of Si. The impedance diagrams also showed low polarization resistance

    of the alloys Al-Si. Considering only the electrochemical studies it can be stated that the

    electrodes did not show significant differences between themselves and susceptibility to

    corrosion in these acidic solutions does not imply a negative feature to your application.

    Keywords: Aluminium, Al-Si alloys, electrochemical techniques.

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    LISTA DE ILUSTRAES

    Grfico 1-Distribuio dos elementos na crosta terrestre.......................................................19

    Grfico 2-Consumo de alumnio............................................................................................19

    Figura 1-Estrutura cristalina do alumnio................................................................................20

    Grfico 3- Diagrama de equilbrio Al-Si .................................................................................. 24

    Figura 2-Reaes eletroqumicas na interface metal-soluo .................................................. 26

    Figura 3-Modelo proposto de dupla camada eltrica ............................................................... 27

    Figura 4- Crescimento xido na superfcie do alumnio .......................................................... 29

    Figura 5- Estrutura do filme xido formado no alumnio ........................................................ 31

    Grfico 4-Diagrama de equilbrio potencial-pH, para o sistema alumnio-gua ...................... 34

    Grfico 5 - Diagrama de Pourbaix simplificado para o sistema alumnio-gua a 25C ........... 35

    Figura 6- Polarizao andica e catdica de um eletrodo ........................................................ 38

    Grfico 6- Curva de polarizao andica ( ai ), catdica ( ci ) e extrapolao das retas de Tafel

    para a determinao do valor da taxa de corroso ( CORRi ) ........................................................ 39

    Grfico 7- Formas de onda para um potencial aplicado e uma corrente resultante.................. 41

    Quadro 1-Equaes de impedncia para elementos de circuito equivalente ............................ 42

    Figura 7 - Circuito eltrico de Randles...................................................................................43

    Grfico 8- Diagrama de Nyquist para uma tpica clula simplificada de Randles. .................. 44

    Grfico 9-Forma de onda do sinal ............................................................................................ 45

    Grfico 10-Resposta do sistema...........................................................................................45

    Figura 8 - Seccionamento do CP..............................................................................................48

    Fotografia 1- Seccionamento do CP........................................................................................ 48

    Figura 9- Seccionamento em chapas.........................................................................................48

    Fotografia 2-Seccionamento em chapas................................................................................48

    Fotografia 3-CP embutido na resina polimrica. ......................................................................49

    Fotografia 4- VF da clula eletroqumica................................................................................50

    Fotografia 5-VS da clula eletroqumica..............................................................................50

    Grfico 11- Potencial de circuito aberto do Al e ligas Al-0,3Si e Al-0,7Si em H2SO4 ............ 52

    Grfico 12- Potencial de circuito aberto do Al e ligas Al-0,3Si e Al-0,7Si em HCl ................ 53