Seminário Final - Sol-gel

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO

CENTRO DE TECNOLOGIA E CIÊNCIASINSTITUTO DE QUÍMICA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

NOME: Antonio Vitor de Castro

DISCPLINA: Tópicos Especiais (Microscopia Eletrônica de Varredura Aplicada aos

Materiais)

DOCENTE: Marcia Cristina Veiga Amorim

TÍTULO DO PROJETO: Produção e Caracterização de Revestimentos Funcionais de

Alumina Através da Técnica de Sol-gel.

1. INTRODUÇÃO

Estudo sobre revestimentos funcionais

O desenvolvimento de revestimentos funcionais tem sido largamente estudado

devido à sua utilidade no que tange o atendimento a necessidades específicas da

Engenharia de Materiais em relação a propriedades particulares – magnética, ótica,

mecânica, eletrônica, entre outras – que não são encontradas em materiais já existentes.

Revestimentos funcionais são revestimentos produzidos com o objetivo de

modificar a superfície de um material conhecido e de fácil obtenção de modo a conferir,

a esse material, propriedades personalizadas para que o mesmo apresente um melhor

desempenho em determinadas funções.

Dependendo da aplicação a que se destina, o material funcional apresenta

diferente natureza, que pode ser cerâmica, metálica ou polimérica. A funcionalidade que

é atribuída ao substrato utilizado dependerá dessa natureza e pode ser uma maior

resistência à corrosão, à abrasão ou isolamento térmico, dentre outras.

Existem várias técnicas de produção desses revestimentos. Dentre elas

destacam-se as principais:

Deposição química em fase vapor (CVD): Essa técnica consiste no contato entre o

material ser depositado na fase vapor e um gás inerte, que são difundidos com fluxo

controlado até a superfície do material a ser revestido. Na superfície do substrato, ocorre

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a adsorção dos reagentes envolvidos, a reação de formação do filme desejado. Alguns

dos contratempos dessa técnica são o controle do fluxo de reagentes, o controle da

reação em fase gasosa (que se acontece pode ter como resultado um revestimento com

baixa aderência) e as condições de operação.

Deposição física em fase vapor (PVD): Essa técnica se baseia na vaporização do

material que será o revestimento, encontrado inicialmente em fase sólida, conduzido

para o substrato a ser vestido, que pode estar polarizado ou não, onde ocorre a reação

que forma o filme, que apresenta as propriedades desejadas, dependendo do material

que foi vaporizado. Um inconveniente a ser destacado é a condição de pressão reduzida

que é necessária para o sucesso da operação.

Eletrodeposição: O fundamento da eletrodeposição são as reações eletroquímicas de

oxidação-redução que ocorrem na interface entre o substrato e o banho eletrolítico que

contém os íons do material a ser depositado através da aplicação de um potencial

elétrico de fonte externa. Apesar de essa técnica produzir revestimentos finos e quase

totalmente livres de poros, ela não é aplicável a revestimentos funcionais de natureza

polimérica e cerâmica.

Redução química: Nessa técnica, o metal que irá revestir o substrato sofre redução na

presença de redutor químico, sem a necessidade de aplicação de potencial elétrico de

fonte externa, e deposita na superfície do material a ser revestido. Apesar de ter um

custo baixo, essa técnica produz revestimentos muito finos e com muitas falhas, que

muitas vezes não atendem às necessidades.

Dip Coating: Essa técnica consiste na imersão vertical do substrato na solução contendo

o material que será o revestimento, com velocidade de imersão e emersão controladas.

Além de essa técnica permitir uma seleção sofisticada da composição do revestimento

através da natureza da solução que pode ser sintetizada através da técnica de sol-gel, ela

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é barata, com condições operacionais simples e é indicada para o recobrimento de peças

de diversas formas e para a produção de revestimentos de diversas espessuras.

Estudo sobre corrosão e seus fenômenos

A concepção de novos materiais também está ligada a estudos envolvendo a

produção, a degradação e as consequentes formas de proteção dos materiais, assim

como as questões ambientais que envolvem tecnologias e processos. A degradação dos

materiais, principalmente metálicos, sob o efeito da corrosão eletroquímica é um

problema de elevado custo confrontado por quase todas as indústrias. Com efeito, sabe-

se que os processos corrosivos são responsáveis por inúmeros casos de falhas e

acidentes, envolvendo, entre outros inconvenientes, danos ao meio ambiente, e paradas

de produção, com elevadas perdas econômicas. O monitoramento e a prevenção dos

processos de desgaste de materiais em instalações industriais é uma tendência mundial.

No Brasil, a corrosão é responsável por gastos em torno de 3,5% do Produto

Interno Bruto. Contudo, a redução dos processos de corrosão e a prevenção dos futuros

problemas observados requer um conhecimento detalhado destes processos e de

maneiras para evitá-los. Nesse contexto, o uso de metodologias que venham a prevenir

o desgaste eletroquímico dos materiais, assim como monitorar seu desempenho em

ambientes agressivos, torna-se indispensável. Entre as metodologias empregadas,

podemos citar o uso de revestimentos metálicos e compósitos, o emprego de inibidores

de corrosão, o uso de um pré-tratamento (extração, adsorção, etc.) de substâncias

corrosivas antes do contato com o material metálico em questão, bem como a remoção

dos agentes corrosivos dos meios em que os materiais estão inseridos. Além disso, a

questão ambiental também exerce uma forte influência sobre os métodos utilizados para

tal finalidade.

Também devem estar presentes o estudo sobre os eletrodos e materiais

revestidos como protetores contra corrosão. Sabe-se que o comportamento de

ferramentas e componentes mecânicos revestidos com camadas metálicas ou cerâmicas,

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quando em ambientes tribológicos (elevado desgaste), corrosivos ou que sofram

carregamento mecânico, é determinado principalmente pelas propriedades das camadas

próximas à superfície, o que torna necessário o bom conhecimento do sistema

camada/substrato que está sendo investigado. Por outro lado, tratando-se de

revestimentos metálicos com função decorativa, o brilho, a uniformidade da cor e a

oxidação da superfície também são parâmetros fundamentais. A qualidade do

revestimento produzido, porém, depende em muitos casos, de agentes complexantes e

aditivos com atividade niveladora e/ou abrilhantadora, cujo processo de atuação não é

bem conhecido. Isto se torna mais importante atualmente, quando as condições

ambientais começam a ser levadas em consideração, e complexantes e aditivos não

poluentes passaram a ser empregados, tornando necessário um estudo mais detalhado de

seus processos de atuação.

Estudo sobre dip coating

A técnica de dip coating em sol-gel consiste na retirada do substrato com

velocidade conhecida de um fluido sol. A velocidade de emersão é importante, bem

como as modificações vibracionais do ambiente, para garantir que o processo de

drenagem gravitacional ocorra da melhor forma possível, já que é justamente a

drenagem em combinação com a evaporação do solvente e as reações de condensação

que possibilita formação do filme uniforme.

Além de apresentar as condições operacionais simples e com isso ser uma

técnica que não demanda muitos gastos, a principal vantagem do dip coating é a

capacidade de revestir substratos com diferentes geometrias, o que não ocorre com

muita facilidade nas demais técnicas usadas convencionalmente.

O processo de produção da sol-gel tem como reagentes agentes inorgânicos ou

organometálicos que, quando dissolvidos em água e/ou solventes orgânicos, sofrem

reações de hidrólise e condensação que formam estruturas inorgânicas poliméricas. Para

compostos inorgânicos, a hidrólise é responsável pela retirada de um próton de um

aqua-íon [MONH2N]2+, fomando os ligantes oxo (M=O) ou hidroxo (M–O), que através

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da reação de condensação formam o polímero inorgânico que se deseja. Os compostos

organometálicos mais usados para a produção de sol-gel são os alcóxidos, que são

dissolvidos em solvente orgânico e sofrem hidrólise com a adição de água em condições

ácidas, quando são normalmente substituídos pelo ligante hidroxila.

M (¿)z+ H 2O → M (¿)z−1OH +ROH

As reações de condensação que envolvem os ligantes hidroxo produzem ligações

M–O–M ou M–OH–M e são demonstradas abaixo para silicatos, como exemplo

expositivo.

Si ( ¿ )3 OH+Si (¿ )

4 → (RO )3 Si−O−Si (¿ )3+ROH

Si(¿)3 OH →(RO )3 Si−O−Si (¿ )3+H 2O

A estrutura do polímero inorgânico pode variar consideravelmente dependendo

de condições de pH e razão de água e percursor usado na sol para o material que se

deseja usar como revestimento.

No dip coating, o substrato é imerso na solução que contém o material que será

revestido e retirado. Na figura abaixo, é mostrado esquematicamente os passos para a

produção do filme.

Figura 1: Esquema das etapas do processo de dip coating

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O substrato é retirado da solução com uma velocidade U0, o movimento de

entrada e saída promove o arraste do fluido e o movimento fluidodinâmico carrega parte

do líquido até a região onde ocorre a divisão em duas frentes de fluxo. A camada interna

tem um movimento ascendente e a camada externa apresenta um movimento

descendente que retorna à superfície do líquido.

O fluxo mencionado é descrito na Figura 2 e a região S é a região onde há a

divisão dos fluxos ascendente e descendente. A espessura do filme formado vai

depender do comportamento fluidodinâmico do fluxo que divide o movimento do

líquido. Depois da evaporação e do escoamento do solvente, o filme arrastado toma a

forma definida do substrato que está sendo revestido em uma linha definida.

Figura 2: Descrição dos fluxos envolvidos na operação

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O ponto S é um ponto de estagnação, onde o fluxo ascendente é balanceado pelo

fluxo descendente e pela evaporação do solvente. Acima desse ponto, a espessura e a

posição do filme formado permanecem constantes em relação à superfície do banho de

revestimento.

Na região onde o filme é formado, existem seis forças competindo para controlar

a espessura do revestimento. Elas são: o arraste ascendente do líquido, promovido pela

retirada perpendicular do substrato; a força da gravidade; a força resultante da tensão

superficial na concavidade do menisco curvo; o gradiente de tensão superficial e a

pressão de junção e disjunção.

No momento da emersão e formação do revestimento, graças ao escoamento

promovido pela gravidade e a intensa evaporação do solvente, a suspensão ou solução

usada é concentrada no substrato e o filme formado sofre colapso. As etapas são a

agregação, a gelificação (transformação em gel) e a concentração da solução, como

mostrado na Figura 3.

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Figura 3: Etapas do processo de formação do revestimento através da técnica de dip coating

A espessura do revestimento é proporcional à velocidade de emersão (U0), por

isso a necessidade de se controlar ela, e à viscosidade do líquido (η), pela equação a

seguir:

h=c1(ηU o

ρg)

1/2

A constante c1 é uma constante de proporcionalidade igual a 0,8 para fluidos

Newtonianos.

Estudo sobre Alumina

O óxido de alumínio, também conhecido como alumina, é proveniente da

bauxita, que é uma mistura de minerais, composta em grande maioria por hidróxidos de

alumínio, mas também apresenta na composição sílica, silicato de alumínio, dióxido de

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titânio, óxido de ferro e outras impurezas. O processo mais comum de obtenção da

alumina, que também conhecido como processo Bayer, consiste basicamente na

dissolução do alumínio da bauxita em solução de hidróxido de sódio, seguida de

precipitação e separação dos óxidos que não são de interesse (titânio, ferro e silício). O

hidróxido de alumínio formado é precipitado e aquecido a 1200°C para a formação da

α-alumina.

A α-alumina apresenta uma estrutura cristalina hexagonal conhecida como

coríndon. Essa fase é termicamente estável em todas as temperaturas. As demais fases

são transientes características temperaturas mais baixas ou fases amorfas provenientes

dos materiais precursores.

Outra forma conhecida é a γ-(AlOOH), também conhecida como bohemita, que

pode também ser utilizada como precursora do óxido de alumínio e que também tem

sido estudada, inclusive em nosso grupo de estudo, como material de reforço para

matriz metálica na formação de um revestimento compósito para melhoramento no

desempenho no que tange a resistência mecânica, à corrosão e desgaste por abrasão,

entre outras características.

As características principais que fazem com que o óxido de alumínio seja

largamente utilizado na indústria, principalmente como material refratário e em sistemas

de moagem, é seu elevado ponto de fusão, que lhe confere resistência a elevadas

temperaturas e durezas.

Na indústria biomédica, a alumina se destaca por apresentar inércia

considerável. Desse modo, ela é comumente utilizada como aditivo ou como

revestimento devido à sua biocompatibilidade com fluido fisiológico e características

como resistência ao desgaste, excelentes propriedades dielétricas, excelente

conformabilidade em diferentes tamanhos e formas, resistência mecânica e à corrosão.

Além disso, a alumina ainda tem aplicações em outros setores da indústria como

isolante de alta voltagem, como anéis de vedação, proteção balística e como sensores

térmicos.

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Os principais métodos de obtenção do revestimento de alumina são a deposição

química a vapor, deposição física a vapor, métodos de aspersão térmica e a técnica de

dip coating em sol-gel, que apresenta como principal vantagem a formação de um filme

homogêneo a temperaturas moderadas.

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A Microscopia Eletrônica de Varredura, SEM, é uma técnica para analisar a

microestrutura de um determinado material, permitindo entender as correlações

microestrutura-defeitos-propriedades e predizer as propriedades da matéria, quando

estas correlações são estabelecidas.

O Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) se tornou um instrumento

imprescindível nas mais diversas áreas: eletrônica, geologia, ciência e engenharia dos

materiais, ciências da vida, etc. Em particular, o desenvolvimento de novos materiais

tem exigido um número de informações bastante detalhado das características micro

estruturais só possíveis de serem observadas no SEM.

Dado as características de versatilidade da técnica de microscopia eletrônica, são

inúmeras as suas aplicações em diferentes campos da ciência e engenharia, tais como:

Análise micromorfológica, incluindo estudos de fraturas, morfologia de

pós;

Análise de texturas e quantificações de fases com números atômicos

distintos;

Identificação/composição química das fases presentes em uma amostra;

Estudos de liberação de minérios (conjugado com sistemas de análise de

imagens).

2. OBJETIVOS

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2.1 Objetivo geral da dissertação de Mestrado: Produção e caracterização de

revestimentos funcionais de alumina produzidos através da técnica de sol-gel,

visando o controle de sua homogeneidade estrutural e a obtenção de um

material com propriedades anticorrosivas.

2.2 Objetivo do trabalho da Disciplina: Avaliar a morfologia dos revestimentos

funcionais produzidos a partir de diferentes rotas químicas de preparação da sol-

gel de alumina, associando com suas propriedades anticorrosivas.

3. METODOLOGIA

Preparo dos corpos de prova

Para imersão na solução de dip coating, foram usados corpos de prova de aço

carbono 1020, que serão suporte para o revestimento de alumina produzido via sol-gel.

Os corpos de prova foram cortados na serralheria da UERJ, nas dimensões de 35 x 35 x

2 mm, e furados na parte superior com diâmetro de 3 mm, como mostrado na Figura 4.

Figura 4: Representação do corpo de prova de aço carbono preparado

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Os mesmos foram polidos na politriz Arotec, utilizando lixas d’água com

granulometria variando de 120 a 600 mesh. Ao fim do polimento, os corpos de prova

foram lavados com água destilada e álcool etílico, secados em ar quente e guardados em

dessecador com sílica.

Imediatamente antes da imersão, os corpos de prova foram desengordurados em

banho de acetona em ultrassom, como sugerido na literatura.

Síntese da sol-gel de alumina

A sol-gel de alumina pode ser preparada por diversas rotas de síntese a partir de

isopropóxido de alumínio. Foram destacadas três rotas, usadas por Hawtorne et. al em

2003, Masalski et. al em 1999 e Vasconcelos et. al em 2002. Até o momento só foram

testadas as rotas usadas por Hawthorne et. al e Masalski et. al, com algumas alterações.

A rota utilizada por Vasconcelos et. al (1) consiste na utilização de isopropóxido

de alumínio como precursor, ácido acético como catalisador, etanol como solvente e

água destilada. Os reagentes são misturados na seguinte razão molar: água:precursor

igual a 20, solvente:precursor igual a 5 e solvente:catalisador igual a 2,5. A suspensão

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deve ser agitada a 70°C até que a mesma adquira aparência de solução clara. A sol

formada não apresentou estabilidade, formando separação da fase aquosa e orgânica ao

fim das 8 horas de agitação.

Como essa rota não produziu uma sol com características que possibilitavam a

formação de revestimento através da técnica de dip coating, ela foi descartada das

demais etapas.

A rota usada por Hawthorne et. al (2) consiste na dissolução de isopropóxido de

alumínio em água destilada contendo 0,33 mol/L de HNO3, de modo a obter uma

suspensão com 0,5 mol/L de isopropóxido de alumínio. Segundo Hawthorne e

colaboradores, a suspensão resultante é agitada vigorosamente por 16 horas a 85°C, até

que a aparência esbranquiçada da suspensão se torne uma solução clara.

Devido a limitações de horas dentro do laboratório, a agitação da suspensão não

poderá exceder 11 horas. Por isso, foi feito um teste para evidenciar o tempo ótimo de

agitação, variando de 8 a 11 horas. No fim desse ensaio, não observou-se diferença

significativa na aparência da suspensão, entre os tempos estudados. Por isso,

considerou-se o tempo de agitação de 8 horas.

A rota usada por Masalski et. al (3) consiste na dissolução de isopropóxido de

alumínio em água destilada de modo a obter uma suspensão com concentração de 1,1

mol/L. A suspensão foi acidificada com 1,5 mL de HNO3, durante a agitação a 70°C de

hora em hora, que durou 8 horas ao todo. Na última hora de agitação, a suspensão foi

submetida à temperatura de 100°C para vaporização do solvente até que a suspensão

final apresentasse concentração de isopropóxido de alumínio igual a 2,25 mol/L. No fim

das 8 horas de preparo, a suspensão não apresentou formação de precipitado, mesmo

depois de 24 horas em descanso.

Foi testada ainda uma rota a partir da Boehmita (4) (Boehmita Disperal P2 –

gentilmente cedida pela Sasol), em suspensão de 60g/L.

Formação do revestimento de alumina

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Os corpos de prova preparados foram imersos através do equipamento de Dip

Coating Marconi, perpendicularmente nas diferentes soluções por 30 segundos, com

velocidade de imersão de 400 mm/min e velocidade de retirada de 100 mm/min.

Depois da imersão os corpos de prova com o filme de alumina permaneceram

por 60 segundos em temperatura ambiente e depois foram submetidos a tratamento

térmico de 30 minutos a 110°C em estufa com temperatura controlada. Em seguida eles

foram acondicionados em dessecador até o dia da análise.

A Tabela 1 indica as variações entre o preparo do revestimento de cada amostra

analisada.

Tabela 1: Revestimentos produzidos a partir de diferentes condições

Código da amostra Rota de preparo da sol Número de camadas1A (1) -2A (2) 12B (2) 23A (3) 1BA (4) 1

Caracterização por Microscopia Eletrônica de Varredura

Para a análise morfológica dos revestimentos, os corpos de prova foram

analisados em Microscópio Estereoscópio modelo SZX61, com aumento de 6,7x, e por

Microscopia Eletrônica de Varredura, modelo JEOL – JSM 6510LV. As amostras foram

adaptadas ao suporte com fita condutora e as análises foram realizadas em alto vácuo,

em modo de elétrons secundários, usando tensões de 20 kV.

Também foram realizadas análises de composição em todos os revestimentos

formados através do detector de espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS).

4. RESULTADOS E CONCLUSÕES

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Em função dos resultados obtidos, as imagens de obtidas através do Microscópio

Estereoscópio dos experimentos listados na Tabela 1 são apresentados na Figura 5-I a

IV.

Figura 5: Imagem do Microscópio Estereoscópio das amostras: I) 2A; II) 2B; III) 3A; IV) BA

Por essas imagens superficiais, é possível observar a aparência dos

revestimentos formados. O revestimento produzido a partir da rota (2), ainda que

aparente problemas de adesão ao substrato, dos quatro, foi o revestimento mais

homogêneo a olho nu. Quando é adicionada mais uma camada de revestimento

produzido pela rota (2), é possível perceber que o filme formado começa a apresentar

defeitos mais consideráveis, como bolhas e rachaduras. Também foram observadas

regiões mais claras e regiões mais escuras, que podem ser evidências de que a formação

do segundo filme não tenha sido homogênea.

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I II

III IV

V




O revestimento formado pela rota (3), mostrado na Figura 5-III, apesar de

parecer bem homogêneo, também apresenta regiões de pouca adesão, com

descolamento do filme formado ainda mais pronunciado do que o encontrado na Figura

5-I.

A Figura 5-IV mostra o revestimento formado a partir de uma suspensão de

Boehmita e mostra que o filme formado tem pouca adesão ao substrato de aço carbono,

apresentando descolamento e defeitos em quase toda a sua extensão.

Na Figura 6-I a III, são apresentadas as micrografias da amostra 2A, com

aumentos de 100x, 350x e 1000x, respectivamente. A partir delas, é possível observar

que o filme formado é praticamente livre de defeitos e homogêneo, como evidenciado

por Hawthorne e colaboradores (2003). O trabalho de Hawthorne e colaboradores

indicava que a espessura do filme formado com apenas uma camada era de

aproximadamente 20 µm.

Esse resultado de morfologia homogênea e livre de defeitos é exatamente o que

se espera de um revestimento anti-corrosivo, para evitar que haja contato entre o

substrato e o meio corrosivo. Entretanto, as análises de EDS mostram quem o filme

formado talvez seja muito fino, evidenciando presença considerável de Fe do substrato

de aço, como mostrado na Figura 7.

A Tabela 2 mostra a composição química encontrada pela análise de EDS da

amostra 2A. Apesar de o filme ser homogêneo e livre de defeitos, o detector de EDS

conseguiu identificar uma quantidade considerável do elemento Fe. Isso pode acontecer

porque, como mostrado na Figura 8, o detector de EDS interage com elétrons de

camadas mais profundas que o detector de elétron secundário. Talvez por isso, não

tenha sido possível perceber a camada de ferro através das análises de topografia.

Figura 6: Micrografias da amostra 2A, com aumentos de: I) 100x; II) 350x e III) 1000x

16




17

II

I




Figura 7: Análise de EDS da amostra 2A

18

III




Figura 8: Esquema comparativa dos diferentes detectores (SEI, Backscattered e EDS)

Tabela 2: Análise quantitativa da amostra 2A a partir de resultados de EDS

Elemento % (m/m)O 67,89Al 21,39

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Fe 10,82

Com a adição de mais uma camada de revestimento a partir da sol formada com

a rota (2) e posterior tratamento térmico a 110°C por 30 minutos, as micrografias

mostradas nas Figuras 9-I a III exibem a formação de defeitos, provavelmente referentes

ao fenômeno de miss-match, devido à diferença entre o coeficiente de dilatação do filme

de alumina produzido e o substrato de aço carbono.

Isso não foi percebido no revestimento formado somente com uma camada,

talvez porque o filme era mais fino e, portanto sofria menos com a diferença de

temperatura durante o tratamento térmico. Esses resultados não costumam ser

encontrados a temperaturas tão baixas como a usada no experimento que deu origem a

amostra 2B. Esse comportamento foi encontrado por Hawthorne et. al (2003) quando o

revestimento produzido foi submetido à temperatura de 700°C.

A partir das análises de EDS da amostra 2B, mostradas na Figura 10, pode-se

perceber picos menores do elemento Fe, o que evidencia que a presença de uma camada

adicional foi suficiente para aumentar a espessura do filme de alumina formado ao

ponto de o detector EDS identificar com mais dificuldade a presença do ferro do aço do

substrato.

A micrografia que mostra a presença do elemento Fe no revestimento 2B (em

preto) mostra a presença de menos ferro do que mostrou na amostra 2A, evidenciando a

presença de ferro em menos que a anterior (Figura 7). A diferença da quantidade de Fe

nas duas amostras é considerável e confirmada com a composição química obtida pelas

análises de EDS que constam na Tabela 3.

Importante salientar que esse resultado não quer dizer que o revestimento 2B é

mais homogêneo que o revestimento 2A. O que pode explicar essa diferença é o fato de

o revestimento 2B ser mais espesso que o revestimento 2A e por isso dificultar a

interação entre o feixe de elétrons do microscópio e o ferro do substrato.

20




Pelas micrografias obtidas pelo EDS também é possível perceber que as regiões

com defeitos apresentam baixas concentrações (próximas da ausência) de alumínio e

oxigênio e são as regiões que têm maiores concentrações de ferro, o que confirma que

são regiões onde não há recobrimento do substrato e, portanto reduzem a eficiência anti-

corrosiva do filme.

Figura 9: Micrografias da amostra 2B, com aumentos de: I) 100x; II) 350x e III) 1000x

21

I




Figura 10: Análise de EDS da amostra 2B

22

II

III




Tabela 3: Análise quantitativa da amostra 2B a partir de resultados de EDS

Elemento % (m/m)O 71,65Al 22,93Fe 5,42

Nas Figuras 11-I a III são mostradas as micrografias do revestimento produzido

a partir da rota (3) com aumentos de 100x, 350x e 1000x, respectivamente. Nessas

micrografias, pode ser observado que o filme de alumina formado apresenta defeitos, no

maior aumento, e rachaduras com áreas não recobertas e exposição de ferro, o que é

confirmado pelas análises de EDS mostradas na Figura 12.

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Ainda que apresente alguns defeitos, o filme formado na amostra 3A, parece ser

mais espesso que o formado na amostra 2A e mais homogêneo que o formado na

amostra 2B.

Na Tabela 4, é apresentada a composição química obtida através da análise de

EDS que mostra que a concentração de alumínio é maior do que as encontradas nas

amostras 2A e 2B. Além disso, a concentração de ferro é menor do que as dos

revestimentos anteriormente mostrados. Isso mostra que, ainda que a mesma apresente

regiões com defeitos e, portanto exposição do substrato de ferro, a mesma ainda

consegue recobrir o substrato melhor do que as demais.

Figura 11: Micrografias da amostra 3A, com aumentos de: I) 100x; II) 350x e III) 1000x

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I




Figura 12: Análise de EDS da amostra 3A

25

II

III




Tabela 4: Análise quantitativa da amostra 3A a partir de resultados de EDS


O filme BA formado a partir da Boehmita na rota (4) tem suas micrografias

mostradas nas Figuras 13-I a III, com aumentos de 100x, 350x e 1000x,

respectivamente. A partir dessas imagens, é possível perceber que o filme formado

apresenta mais defeitos que todos os outros revestimentos formados nas demais

amostras.

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As análises de EDS na Figura 14 evidenciam a quantidade maior de regiões sem

recobrimento do substrato através das regiões com maior concentração de ferro, o que

prejudica o desempenho do revestimento no que tange à resistência mecânica e à

resistência a corrosão.

A Tabela 5, que apresenta os dados de composição química obtidos através das

análises de EDS, mostra que o filme BA é o filme que, apesar de ser o que apresenta

maior quantidade de regiões expostas devido a defeitos e rachaduras, é também a que

apresenta maior concentração de alumínio e uma das menores concentração de ferro.

Ainda que os dados de composição indiquem que o revestimento BA seria o

melhor dentre os testados, não é possível confirmar isso somente com as análises de

microscopia eletrônica de varredura e EDS, já que a falta de homogeneidade do filme

talvez prejudique seu desempenho anti-corrosivo.

Figura 13: Micrografias da amostra BA, com aumentos de: I) 100x; II) 350x e III) 1000x

27

I




Figura 14: Análise de EDS da amostra BA

28

II

III




Tabela 5: Análise quantitativa da amostra BA a partir de resultados de EDS


5. PRÓXIMOS PASSOS

Será testada a síntese da sol-gel de alumina através da rota utilizada por

Vasconcelos et. al., com diferentes tempos de agitação.

Será realizada a imersão de corpos de prova de aço carbono 1020, preparados

como descrito anteriormente em sóis de alumina produzidas pelas três rotas

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mencionadas, utilizando dip coating Marconi, com tempos de imersão variando

de 1 minuto a 15 minutos e velocidade de emersão variando de 90 mm/min a

420 mm/min.

Será providenciado o corte de corpos de prova de aço inoxidável para futuros

testes.

Serão realizados pós-tratamento térmico nos filmes formados após dip coating

em forno mufla com temperatura variando de 200°C a 700°C.

Os revestimentos formados, com as diferentes rotas de síntese da sol-gel,

diferentes condições de dip coating e de tratamento térmico serão caracterizados

por ensaios eletroquímicos como espectroscopia de impedância eletroquímica e

voltametria linear.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BRINKER, C. J.; FRYE, G. C.; HURD, A. J.; ASHLEY, C. S. Fundamentals of sol-gel

dip coating. Thin Solid Fims, v. 201, p. 97-108, 1991.

HASHIMOTO, A. I. Estudo da deposição química de cobalto em superfícies de silício

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Seminário Final - Sol-gel