Caracterização de aço revestido com micro/nano multicamadas

Nov 30, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19194 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este trabalho estudou a comparação das propriedades mecânicas e de resistência de barreira entre diferentes estruturas de três revestimentos poliméricos multicamadas em cada lado dos corpos de prova de aço. Epóxi preenchido com 1% em peso, 2% em peso e 3% em peso de mícron ou partículas de alumina de tamanho nano (Al2O3) representaram as camadas de revestimento para aço em ambos os lados. A resistência de barreira foi realizada pela imersão das amostras de aço revestidas em solução salina e em meio ácido cítrico. A adição de partículas de alumina (Al2O3) em tamanho micro e nano a revestimentos epóxi melhorou a resistência de barreira, tração e 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 resistência à barreira. O aço revestido com epóxi preenchido com 1% em peso de nanopartículas de Al2O3 tem resistência à tração máxima de 299,5 MPa e 280,9 MPa sob condições secas e úmidas, respectivamente. No entanto, o aço revestido com epóxi preenchido com 1% em peso de micropartículas de Al2O3 tem uma resistência à tração de 296,5 MPa e 275,4 MPa em 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 tem 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 as estruturas de aço quando essas estruturas são submetidas à corrosão1. O aço tem alta resistência mecânica com fabricação de baixo custo. Consequentemente, é utilizado em equipamentos de perfuração, construção naval e oleodutos. Em fuzileiros navais, a corrosão resulta em 30% da falha total e, portanto, precisa ser reparada ou substituída. Em ambiente marinho, a corrosão do aço é influenciada pela salinidade e alcalinidade2. Posteriormente, o revestimento foi realizado em faces de aço para evitar a corrosão de construções de aço novas ou existentes. A corrosão do aço atraiu muitos interesses de pesquisa por ser cara, principalmente no campo petrolífero e em ambientes marinhos3. Recentemente, revestimentos compostos de polímeros para aço foram usados ​​para diminuir a difusão de oxigênio e umidade. O revestimento orgânico protetor como um 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 tenacidade, durabilidade e adesão muito boas a substratos metálicos1. No entanto, a alta densidade de reticulação e o comportamento de barreira do revestimento epóxi podem ser afetados indesejavelmente quando expostos à corrosão. O enfraquecimento do revestimento de polímero resulta na criação de furos e defeitos na superfície do revestimento epóxi. Durante a exposição a meios corrosivos, os furos e defeitos tornam-se maiores em largura e profundidade. Buracos são considerados caminhos condutivos à medida que o eletrólito se difunde no revestimento polimérico5. Além disso, o revestimento protetor falha devido à delaminação, que é a separação na interface revestimento polimérico/metal6. A deterioração do revestimento polimérico diminui as propriedades de barreira, portanto, as propriedades mecânicas do revestimento polimérico5. Portanto, é essencial melhorar as propriedades da resina epóxi substituindo o epóxi por revestimentos compostos 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 de 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 de alimentos, tendo efeitos positivos e negativos na saúde humana. A alumina também pode estar presente devido à contaminação ou migração de outros materiais de contato com alimentos, como máquinas de processamento, utensílios e dispositivos7. Os revestimentos contendo partículas de Al2O3 mostraram aumento na resistência a arranhões e abrasivos em comparação com o revestimento de polímero. Essa melhoria na resistência a arranhões e à abrasão é atribuída ao endurecimento por dispersão de nanopartículas de Al2O3 em revestimentos poliméricos8. A melhoria no impacto ambiental pode ser alcançada utilizando partículas nanométricas em revestimento polimérico e eliminando a necessidade de solventes tóxicos9. As nanopartículas incorporadas em revestimentos poliméricos são bem conhecidas por suas excelentes propriedades físicas, mecânicas e térmicas10,11.