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Aug 20, 2023

Fabricação de um revestimento uniforme de conversão de cromato em liga de Zn para melhorar a resistência à corrosão em ambientes úmidos

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14311 (2023) Citar este artigo Detalhes de métricas Desenvolvemos um método fácil para produzir um revestimento uniforme de conversão de cromato (CC) em revestimento de liga de zinco

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14311 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

Desenvolvemos um método fácil para produzir um revestimento uniforme de conversão de cromato (CC) em substratos de aço revestidos com liga de zinco (ZS). Quando uma solução ácida de CC é aplicada ao ZS (C-ZS), o zinco é dissolvido e os íons de cromo são reduzidos para formar um revestimento de cromato. Em áreas localizadas onde o zinco está excessivamente dissolvido, formam-se partículas de hidróxido de zinco, o que dificulta a formação de um filme uniforme de cromato, deixando as áreas vulneráveis ​​a corrosão adicional (ou seja, à formação de manchas escuras) quando expostas a condições de alta umidade. Para suprimir a dissolução excessiva do zinco, a superfície ZS foi pré-tratada com óxido de polietileno tiolado para formar uma monocamada hidrofílica auto-montada. Um revestimento CC protetor mais uniforme foi obtido no ZS pré-tratado, resultando em resistência superior à corrosão sob condições de alta umidade.

O aço revestido com liga de zinco (ZS) é amplamente utilizado em diversas aplicações industriais devido à sua excelente resistência à corrosão1, 2. Para melhorar ainda mais a resistência à corrosão do ZS, um revestimento de conversão de cromato ácido (CC) é frequentemente usado como pós-tratamento. processo3, 4. Quando uma solução ácida de CC é aplicada ao ZS, a dissolução anódica do zinco leva à precipitação catódica do óxido de cromo, que atua como uma barreira para proteger a liga de zinco subjacente de ambientes corrosivos1, 5, 6.

Embora os revestimentos CC tenham se mostrado eficazes na prevenção da corrosão geral, estudos relataram o aparecimento de pequenas manchas escuras em ZS revestidos com CC (C-ZS) sob condições de alta umidade7, 8. Essas manchas escuras são causadas por produtos de corrosão de zinco, como zinco óxido e hidróxidos de zinco. Embora o óxido e os hidróxidos de zinco sejam geralmente de cor branca, eles podem parecer escuros devido a variações nas propriedades ópticas dos produtos de corrosão e do zinco subjacente7. Uma vez que aparecem manchas escuras, elas podem induzir o descascamento de um filme orgânico aplicado, como tinta, e podem levar ao desenvolvimento de produtos de corrosão brancos maiores8, 9. Portanto, o desenvolvimento de um método para suprimir a formação de manchas escuras durante o revestimento CC processo é necessário.

Neste estudo, foi revelado que o aparecimento de manchas escuras na superfície do C-ZS foi iniciado pelo dano localizado infligido ao ZS durante a aplicação do revestimento ácido CC. As regiões que ficaram sem cobertura adequada tenderam a evoluir para manchas escuras quando expostas à alta umidade. Para mitigar os danos superficiais, a superfície ZS foi pré-tratada com uma monocamada automontada (SAM) de óxido de polietileno tiolado (PEO-SH) antes de aplicar o revestimento CC. Embora SAMs hidrofóbicos tenham sido empregados para proteger substratos metálicos de moléculas agressivas de água e ácido, até onde sabemos, esta é a primeira tentativa de utilizar um SAM hidrofílico para obter um revestimento CC uniforme em ZS. A superfície do C-ZS tratada com uma camada intermediária de PEO-SH (CP-ZS) apresentou danos mínimos e evitou efetivamente a formação de manchas escuras durante o tratamento do revestimento CC. O CP-ZS resultante demonstrou resistência à corrosão superior ao C-ZS em ambientes de alta umidade.

O aço revestido com liga de Zn por imersão a quente foi obtido da POSCO (Coréia). A camada de liga de zinco compreende 97% Zn, 1,5% Mg e 1,5% Al. Cr (NO3) 3 e etanol (absoluto) foram adquiridos da UNICOH (Coréia) e Sigma-Aldrich (St. Louis, MO), respectivamente. Devido à natureza cancerígena do cromo hexavalente, utilizamos cromo trivalente para o processo de revestimento de conversão. Óxido de polietileno tiolado (PEO-SH, PM: 356 g/mol) foi adquirido da Polypure (Oslo, Noruega). O ácido nítrico (60%) e a metiletilcetona foram obtidos de SAMCHUN (Coréia) e DAE JUNG (Coréia), respectivamente. Água desionizada (DI) (18,3 MΩ·cm) foi obtida utilizando um sistema de água de osmose reversa (Human Corporation, Coreia).

Uma solução a 3% em peso de Cr (NO3) 3 em água DI e etanol 7: 3 (v: v) foi preparada como solução de revestimento CC. Seguindo processos comerciais típicos13, 14, o pH da solução de revestimento CC foi ajustado para 1,6 usando 20% em peso de ácido nítrico. O etanol foi empregado para aumentar a molhabilidade da solução em ZS. Vale ressaltar que o uso de compostos orgânicos voláteis na produção industrial é limitado a uma pequena quantidade. A solução de PEO-tiol foi preparada dissolvendo PEO-SH em etanol absoluto até uma concentração final de 10 mM. As amostras de ZS foram cortadas em quadrados de 3,7 x 3,7 cm, desengorduradas em metiletilcetona e depois sonicadas em etanol por 3 min. Posteriormente, os quadrados ZS foram imersos na solução de PEO-tiol por 24 h para obter P-ZS. A solução CC foi então aplicada a ZS e P-ZS usando um revestidor de barras para criar C-ZS e CP-ZS, respectivamente. As amostras C-ZS e CP-ZS foram então secas em um forno a 100 °C a uma temperatura máxima do metal de 60 °C.