Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
ESTUDO DO COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO DO
REVESTIMENTO ZN -55AL
Paulo S. G. da Silva 1, Alberto N. C. Costa2,
Pedro de Lima Neto1*.
1 – Grupo de Eletroquímica, DQAFQ, UFC, C. P. 6035, 60455 -900 Fortaleza,
Ce, Brasil
2 – Gerência de Pesquisa e Desenvolvimento, CSN, Volta Redonda, RJ, Brasil.
6°°COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos
22° CONBRASCORR – Congresso Brasileiro de Corrosâo
Salvador - Bahia
19 a 21 de Agosto de 2002
“As informações e opiniões
responsabilidade dos autores”
contidas
neste
trabalho são
de
exclusiva
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SINÓPSE
Neste trabalho foi feito o estudo de corrosão do revestimento Zn-55Al (Galvalume)
em meio aquoso de cloreto e sulfato 10-2 M por ensaio de imersão total contínua,
monitorados por Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) a potencial de
circuito aberto em temperatura ambiente. Também foram obtidas curvas de
polarização potenciodinâmica. A caracterização das amostras como recebidas, foi
feita por Difração de Raios-X (DRX) para determinar as poss íveis fases do
revestimento. O difratogramas de raios-X apresentou picos característicos das fases
Zn e Al puros. As curvas de polarização mostraram que em ambos os meios o
revestimento Zn-55Al, apresenta um potencial de corrosão menor (≅ 0,20 V) em
relação ao revestimento Zn. Adiconalmente, o ramo anódico das curvas de
polarização mostrou a presença de uma região de passivação. Os diagramas de EIE
mostraram que a impedância total aumenta com o tempo de imersão. Este
comportamento é atribuído à presença de produtos de corrosão na superfície que
atuam como barreira.
Palavras chaves: liga Zn-55Al, Impedância, Corrosão, Curvas de Polarização.
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1 – INTRODUÇÃO
O Galvalume é o aço revestido com liga de zinco/alumínio que contém 55% em peso
de alumínio (Zn-55Al). O revestimento Zn-55Al é produzido por imersão à quente
em banho de Zn e Al fundidos a temperatura de 600 o C. A este banho é adicionado
1,6 % de silício (Si) para controlar o rápido ataque da liga Zn-Al ao Fe da cuba de
fusão. Este revestimento apresenta uma superfície com aspecto de um mosaico
brilhante, que consiste de grãos de Al, semelhante à superfície do Zn puro, mas com
grãos aproximadamente dez vezes menores. Estes grãos são formados por dendritos
ramificados de Al com a presença de Zn nas regiõ es interdendríticas (1).
O revestimento de liga Zn-55Al (Galvalume), é utilizado principalmente como
revestimento para aço baixo carbono. Esta liga combina os efeitos individuais de
resistência à corrosão atmosférica e durabilidade do alumínio com a proteção
galvânica do zinco em um único revestimento, sendo que no estágio inicial da
corrosão, ocorre um ataque preferencial nas regiões ricas em zinco, promovendo
proteção sacrificial, seguida da formação de um filme passivante de óxido e/ou
hidróxido de alumínio (2). Entretanto, poucos são os estudos encontrados na
literatura da corrosão deste revestimento em meio aquoso. Assim, o objetivo deste
trabalho é realizar o estudo eletroquímico deste revestimento em meio aquoso de
cloreto e sulfato 10-2 M por meio de ensaio de imersão total contínua, monitorados
por Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) a potencial de circuito aberto
em temperatura ambiente. Curvas de polarização potenciodinâmicas foram feitas
para estudar o comportamento anódico e catódic o deste revestimento.
Adicionalmente foi feito análise qualitativa de Difração de Raios-X para
identificação das fases.
2 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
2.1 – Amostras
As amostras utilizadas neste estudo foram cedidas pela Companhia Siderúrgica
Naciona l (CSN), consistindo de chapas de aço baixo carbono revestidas por imersão
a quente com liga Zn-55Al.
2.2 – Caracterização dos revestimentos
A identificação das fases cristalográficas do revestimento foi feita por Difração de
Raios-X usando um difratômetro PHILIPS modelo:X’PERT – PRO (PW3040/60),
usando o módulo para filmes finos com radiação incidente a um ângulo fixo (2o ) e
variação da leitura do ângulo de difração.
2.3 - Ensaios de corrosão
2.3.1 – Curvas de Polarização
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As curvas de polarização foram obtidas na temperatura ambiente e a 1 mV s-1 ,
utilizando um sistema potenciostato/galvanostato AUTOLAB – PGSTA20
controlado pelo programa GPES-4, que permite aquisição e tratamento dos dados.
2.3.2 – Ensaios de imersão total monitorados por Espectroscopia de Impedância
Eletroquímica(EIE)
As medidas de impedância eletroquímica foram obtidas por ensaios de imersão total
contínua, a potencial de circuito aberto, a 25 oC e utilizando um sistema
potenciostato/galvanostato AUTOLAB – PGSTA20, no modo potenciostático, e
controlado pelo programa FRA (Frequency Response Anlyzer System) que permite
aquisição e tratamento dos dados, com intervalo de frequência de 10KHz – 4mHzn
distribuído logaritimamente em 50 pontos com amplitude 5mV.
2.4 – Eletrólitos
Em todos os experimentos eletroquímicos foram utilizados soluções aquosas de NaCl
(VETEC) e Na2 SO4 (REAGER) 10 -2M
2.5 – Célula Eletroquímica
A célula eletroquímica consisitiu de um tubo de PVC ( ∅ = 84 mm para os ensaios de
EIE e 38 mm para Polarização) colados sobre uma das fases da amostra para formar
o reservatório. Os eletrodos auxiliar e de referência foram fixados numa tampa sobre
o reservatório de modo adequado a entrarem em contato com o eletrólito.
2.6 – Eletrodos
Como eletrodos de referência foram utilizados Hg/Hg2 Cl2 em KCl saturado (ECS) e
Hg/HgSO4 em K2 SO4 saturado para os eletrólitos NaCl e Na2 SO4 , respectivamente.
Eletrodo de platina foi usado como auxiliar em todas as medidas.
3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 - Caracterização
A Fig. 1 apresenta o difratograma típico de raios-X obtido para a amostra galvalume.
Esta figura apresentou picos bem definidos caracterizando estrutura cristalina. Os
dados dos principais picos foram comparados aos do JCPDS (Join Committe of
Powder Diffraction Standards). Como observado, foram identificados picos
característicos relativos a Zn e Al puros. Por outro lado, não foi identificado picos
relativos à formação de fases intermetálicas Zn-Al.
3.2 – Ensaios de Corrosão
3.2.1 – Curvas de Polarização
A Fig. 2 (a) apresenta as curvas de polarização dos revestimentos Zn-55Al, em meio
de cloreto e sulfato, normalizadas pelo Eletrodo Padrão de Hidrogênio (EPH). Para
comparação a Fig. 2 (b) apresenta as curvas de polarização do revestimento Zn puro,
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obtidas nas mesmas condições. O revestimento Zn-55Al apresenta um potencial de
corrosão 0,20V menor em relação ao revestimento de Zn puro. Adicionalmente, o
revestimento Zn-55Al apresenta no ramo anódico comportamento característico de
formação de filme de passivação em ambos os meios, sendo que, em meio de cloreto
o intervalo de potencial de passivação é menor. Por outro lado, a presença de filme
de passivação confere uma maior resistência à corrosão, mesmo que este
revestimento apresente um potencial mais susceptível à corrosão.
3.2.2 – Evolução do potencial de circuito aberto com o tempo de imersão
A Fig 3 apresenta a evolução do potencial de circuito aberto com o tempo de imersão
em meio de cloreto e sulfato 10 -2 M. Esta figura mostra um crescimento inicial de
potencial. De acordo com MARDER e colaboradores (1), este comportamento está
associado à proteção sacrificial do Zn interdendrítico. Após este estágio do processo,
o potencial mantém-se estável a valores mais positivos, que correspondem à
dissolução da fase Al do revestimento.
3.2.3 – Espectroscopia de impedância Eletroquímica (EIE)
Os diagramas de impedância apresentaram comportamento semelhante em ambos os
meios, onde foi observado o aumento da impedância total com o tempo de imersão.
No primeiro dia de imersão, foi observado dois arcos capacitivos. Este
comportamento é característico da dissolução de revestimentos de Zn puro. Após o
primeiro dia de imersão observou-se somente um arco capacitivo.
A Fig 4 mostra a evolução dos diagramas de impedância com o tempo de imersão em
meio de cloreto 10-2 M, representando o comportamento da impedância total para as
amostras galvalume. O aumento da impedância total está associado à presença dos
produtos de corrosão na superfície e à passivação característica do Al, que agem
como barreira. Por outro lado, estudos prévios em nosso laboratório mostrarma que a
impedância total do revestimentos de Zn diminui com o tempo de imersão em ambos
os meios (5).
Comportamento similar de impedância total com o tempo de imersão, foi observado
por FABRI MIRANDA e colaboradores (4) e PAULO SILVA (5), para revestimento
Zn-Fe, que atribuíram ao aumento da impedância total, à presença de produtos de
corrosão na superfície, que agem como barreira, inibindo a dissolução do
revestimento.
4 - CONCLUSÕES
O revestimento Zn-55Al, mesmo apresentando potencial de corrosão menor que o
revestimento Zn puro, é mais resistente à corrosão devido formar camada passivante.
O crescimento do potencial de circuito aberto no primeiro dia e posteriormente
mantendo-se a potencial constante mais positivo, sugere a existência de fases mais
susceptível à dissolução com posterior passivação. A formação desta camada
justifica o aumento da p com o tempo de imersão.
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5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
(1) Marder, A. R., “The Metallurgy of Zinc-Coated Steel”, Progress in Material
Science, Bethlehem (USA), 45 191-271 2000.
(2) Llewellyn, D. T. e Hud, R. C. Steel Metallurgy and Aplications 3rd edition,
Butterworth Heineman, 1961, pág. 88.
(3) Palma, E., Puente, J. M. e Morcillo, M. “The Atmospheric Corrosion Mechanism
of 55%Al- Zn Coating on Steel”, Corrosion Science, Madrid, 40, 61-68, 1998.
(4) Fabri Miranda, F. J., Silva Filho, J. F., Margarit, I. C. P. e Mattos, O. R.
“Corrosion Behaviour of Galvannealed Steel”, 7t h Internetional Symposium on
Electrochemical Methods in Corrosion Research, Budapest, Hungary, May/June –
2000, Paper No. 095.
(5) Paulo Silva, S. G. “Estudo de Corrosão de Aços Zincados a Quente de Interesse
Industrial”, Dissertação de Mestrado (UFC), Fortaleza, Brasil, 2001.
(6) Silva, N. S., Freire, C. M. A., Ballecter, M., “Efeito do Tratamento Térmico na
Microestrutura e resistência à Corrosão de revestimento de Liga 55Al-Zn”, Campinas
(Brasil), Apresentado no 21 º CONBRASCOR (T096).
(7) Jones D. A., Principles and Prevention of Corrosion 1st edition, Macmillian
Publishing Company, 1992 pág. 75.
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Zn
Al
Al
Zn
Zn
30
35
40
45
50
55
60
Anglo de Difração /2 θ
Fig 1 – Difratograma de XRD do revestimento Zn-55Al, como recebido
-1
2
2
log [ i / A cm ]
-2
-3
-4
1
(a)
-5
-0,94 V
-6
-7
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
E / (V vs. EPH)
-1
0,2V
1
-3
2
log [ i / A cm ]
-2
-4
(b)
2
-5
-0,72 V
-6
-7
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
E / (V vs. EPH)
Fig 2 – Curvas de polarização em meio de sulfato (1) e cloreto (2) padronizadas pelo
EPH (a) revestimento Zn-55Al e (b) revestimento Zn.
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-0.65
E / ( V vs. EPH )
2
-0.70
1
-0.75
-0.80
0
20
40
60
500
1000
1500
2000
t/h
Fig 3 – Evolução do potencial de circuito aberto com o tempo de imersão em meio
de sulfato (1) e cloreto (2)
15
1d
7d
10d
Imag / KΩ cm2
12
9
6
3
0
0
6
12
Real / K Ω cm
Fig 4 Evolução da Impedância Total em cloreto
18
2
24
30