5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.5 ANÁLISES DE CORROSÃO
5.5.1.1 Extrapolação de Tafel
A Tabela 9 apresenta as análises feitas a partir da extrapolação de Tafel.
Tabela 9 - Parâmetros de Tafel em diferentes soluções.
Solução Aço AISI 316L Icorr (A) Rp (Ω) Ecorr (V) Taxa corrosão
(mm/ano) Na2SO4 Não nitretado 9,02x10-7 1,67x104 -0,049 9,41x10-3 0% Ar 5,91x10-7 1,31x104 -0,544 6,16x10-3 5% Ar 6,06x10-7 7,77x103 0,275 1,78x10-2 10% Ar 3,32x10-6 2,65x103 -0,439 4,14x10-2 Cl- Matriz 7,52x10-8 9,94x104 -0,338 7,84x10-4 0% Ar 4,71x10-6 2,03x103 -0,369 4,91x10-2 5% Ar 8,92x10-6 2,24x103 -0,19 9,30x10-2 10% Ar 5,45x10-8 3,31x104 -0,324 5,68x10-4 Fonte: ELABORADO PELA AUTORA, 2013.
(17) Um dos parâmetros para analisar a resistência à corrosão é a corrente eletroquímica ou corrente de corrosão (icorr), a qual depende da reação de corrosão (transferência
de massa) na dissolução do ferro. Essa corrente está relacionada pela Lei de Faraday da seguinte forma:
𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟𝑡 =𝑛𝐹𝑚 𝑀
onde, icorr é a corrente de corrosão (A), t é o tempo (s) que a corrente flui, n é o número de elétrons envolvidos na dissolução metálica e F é a constante de Faraday (F = 96500C), m é a massa (g) do metal corroído e M é peso molecular (g) do metal.
nF é o número de Coulombs necessário para converter 1 mol do metal em produtos
de corrosão.
Através da equação 17, nota-se que a corrente de corrosão é proporcional à massa do metal corroído, ou seja, quanto maior a corrente de corrosão maior será a quantidade de massa do metal corroído. Analisando a Tabela 9, a amostra não nitretada possui as menores correntes de corrosão, tanto em solução de SO42-
quanto em íons Cl-. Portanto, o aço AISI não nitretado possui uma menor massa de
metal corroído.
A resistência de polarização (Rp) é proporcional à variação do potencial
elétrico/variação de corrente elétrica do sistema (ASTM G-59, 1997). De acordo com Gu e colaboradores, um baixo valor de Rp indica um alto potencial de corrosão e um
valor alto indica que o material não é suscetível à corrosão (GU et al., 1998).
Na Tabela 9 é possível verificar que a amostra não nitretada é a que apresenta a menor suscetibilidade à corrosão em solução de SO42-, apresentando Rp=1,67x104
Ω. O resultado pode ser justificado, pois por se tratar de um material não nitretado termoquimicamente a superfície é mais homogênea e há dificuldade de penetração dos íons na superfície. Nas amostras nitretadas, a queda na resistência de polarização verificada está associada a defeitos cristalinos gerados na superfície do material, os quais facilitam a penetração dos íons.
A grande diferença de resistência à polarização entre a amostra nitretada sem argônio (0% Ar) e as amostras nitretadas com argônio (5% e 10% Ar), provavelmente se deve ao impacto dos íons de argônio que cria mais defeitos na superfície do material. Com isso, a superfície das amostras possui maiores discordâncias quando comparadas com a da amostra nitretada sem a presença de argônio na atmosfera gasosa.
A partir dos parâmetros de Tafel foi possível obter os valores do potencial de corrosão e confirmar o que foi discutido no item 5.5.1. A amostra nitretada com 5% de Ar apresenta potencial de corrosão mais positivo tanto em solução com íons sulfato quanto em solução com íons cloreto, 0,275 V e -0,19 V, respectivamente. A taxa de corrosão depende da Icorr e da resistência de polarização, as quais são
medidas a partir do Ecorr. A amostra que apresenta a menor taxa de corrosão em
sulfato é a nitretada sem argônio (0% Ar) e em cloreto é a nitretada com 10% de Ar.
5.5.2 Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE)
Para o aço inoxidável AISI 316L não nitretado e nitretado usando diferentes concentrações de argônio, a Figura 45 apresenta o diagrama de Nyquist em solução sulfato de sódio (Na2SO4) e a Figura 46 uma ampliação do referido diagrama.
Os valores de frequência mostrados nessas figuras indicam a ocorrência do ponto de máximo do primeiro arco capacitivo formado.
Figura 45 - Diagrama de Nyquist em solução de sulfato de sódio (Na2SO4), para o aço AISI não
nitretado e nitretado sob diferentes concentrações de argônio.
Figura 46 - Diagrama de Nyquist para para o aço AISI não nitretado e nitretado sob diferentes concentrações de argônio (ampliação da Figura 47).
Fonte: ELABORADO PELA AUTORA, 2013.
Os resultados obtidos em meio contendo sulfato mostram a formação de um único arco capacitivo, o que sugere um processo de transferência de massa do substrato para o eletrólito.
Para o aço inoxidável AISI 316L não nitretado e nitretado usando diferentes concentrações de argônio, a Figura 47 apresenta o diagrama de Nyquist em solução contendo íons cloreto e a Figura 48 uma ampliação do referido diagrama. Os valores de freqüência mostrados indicam a ocorrência do ponto de máximo do primeiro arco capacitivo formado.
Figura 47 - Diagrama de Nyquist em solução contendo íons cloreto, para o aço AISI não nitretado e nitretado sob diferentes concentrações de argônio.
Figura 48 - Diagrama de Nyquist em solução contendo íons cloreto, para o aço AISI não nitretado e nitretado sob diferentes concentrações de argônio (ampliação da Figura 49).
Fonte: ELABORADO PELA AUTORA, 2013.
Os resultados obtidos em meios contendo cloreto mostram a formação de apenas um arco capacitivo (Figura 48), para o aço não nitretado e o nitretado com 10% de argônio.
No entanto, a Figura 49 mostra a formação de dois arcos capacitivos para a amostra nitretada com 5% Ar. O primeiro arco sugere a atividade da camada nitretada com o eletrólito, enquanto o segundo arco sugere a atividade do substrato com o eletrólito. Possivelmente, a alta atividade dessa camada com o eletrólito se deve a sua maior espessura frente às camadas nitretadas obtidas em outras condições.
Comparando a Figura 45 com a 47, nota-se que os resultados de impedância em meio de sulfato apresentam menores valores de impedância que em meio de cloreto. Provavelmente, o fato do íon sulfato possuir um caráter ácido garante uma corrosão severa nesses aços (GEMELLI, 2001).
A Figura 49 mostra a variação da resistência a polarização (Rp), extraída do primeiro
arco capacitivo para os aços ensaiados em meio de sulfato (Figuras 45 e 46) e para os aços testados em meio de cloreto (Figuras 47 e 48), em função da adição de argônio à atmosfera de nitretação. A Tabela 10 apresenta os valores das resistências de polarização obtidas através do arco capacitivo.
Figura 49 - Variação da resistência de polarização (Rp) em função da atmosfera gasosa nitretante.
Fonte: ELABORADO PELA AUTORA, 2013.
Tabela 10 - Resistência de polarização em razão das condições não nitretadas e nitretadas.
Eletrólito AISI 316l Rp (Ω) SO42- Não nitretado 18660 0% Ar 3724 5% Ar 17324 10% Ar 888 Cl- Não nitretado 19370 0% Ar 723 5% Ar 3401 10% Ar 1133
Fonte: ELABORADO PELA AUTORA, 2013.
Analisando os resultados de resistência de polarização (Rp) obtidos em cloreto,
Figura 49, observa-se que, em relação ao aço não nitretado, todos os aços nitretados apresentaram uma queda na sua resistência de polarização (Rp). A menor
queda em Rp é apresentada pelo aço que possui a maior espessura de camada, ou
seja, o aço nitretado em atmosfera contendo 5% de argônio.
Verifica-se que os valores de Rp em meio de cloreto, Tabela 10, são menores do que
menores valores de Rp em meio de cloreto provavelmente se devem ao fato de o íon
cloreto promover uma corrosão mais severa que o íon sulfeto, apesar de o mesmo não ser de caráter ácido. O íon cloreto possui uma maior facilidade de formação de precipitados de Fe, Cr e Ni, devido a sua alta atividade.
Analisando os resultados de Rp obtidos em sulfato, Tabela 10, nota-se que o aço
não nitretado e o aço nitretado usando 5% Ar possuem os maiores valores de resistência à polarização. Esses resultados sugerem que o substrato do aço já possui uma resistência de polarização elevada, nesse meio em específico (sulfeto), enquanto o aço nitretado em atmosfera contendo 5% Ar possui uma resistência de polarização elevada em razão de sua espessa camada nitretada (11,2µm).
Para o aço nitretado em atmosfera de 0% Ar, a queda no valor da resistência de polarização pode estar associada à baixa espessura da camada nitretada produzida. Além disso, a atmosfera nitretante isenta de argônio promove a formação de poucos defeitos, os quais são responsáveis pelo aumento da difusão do nitrogênio na superfície do aço. Por isso, nessa condição se obteve uma camada nitretrada com espessura relativamente fina (3,3 µm).
A formação de grandes quantidades de defeitos cristalinos, responsáveis pela melhoria da difusão do nitrogênio, é favorecida quando se usam atmosferas de nitretação contendo 10% Ar. No entanto, o uso dessa condição resultou em camadas de espessura muito fina (2,7 µm). Possivelmente, esse efeito está relacionado a um aumento na concentração de argônio próximo à superfície (região de queda do catodo), o que pode minimizar, ou até mesmo impedir a difusão do nitrogênio em direção ao núcleo do aço. Em consequência, além da austenita expandida (pequena espessura), há a formação de nitretos.
A presença de nitreto de cromo foi evidenciada somente na superfície do aço nitretado com 10% de argônio, conforme mostrado na Figura 39. Portanto, conclui- se que o uso de misturas gasosas contendo altas concentrações de argônio pode levar à formação de camadas de austenita expandida de baixa espessura, contendo nitreto de cromo e de baixa resistência à polarização.