Lista - Atividade Avaliativa 2 - 2023-2

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS Questão 1) Plote os gráficos de variação de potencial vs. tempo (OCP) e compare o potencial de corrosão medido para ambos materiais. Plotou-se os gráficos de variação de potencial vs. tempo, com os dados fornecidos, através do software Origin 8, obtendo-se as figuras abaixo para o metal Titânio e a liga Ti-30Nb-3Fe, respectivamente. Ti Potencial - E (V) Tempo (s) Ti-30Nb-3Fe Potencial - E (V) Tempo (s) UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS A fim de comparação, compilou-se os dois gráficos, como mostrado abaixo. Potencial - E (V) Tempo (s) É possível observar que a liga Ti-30Nb-3Fe tem um rápido aumento do potencial nos primeiros segundos e depois estabiliza, variando 0,025 V a partir dos 300 segundos. Já a curva da liga monofásica de Titânio apresenta um crescimento mais constante ao longo do experimento. Além disso, nota-se que a ao final do experimento o potencial mais positivo é da liga (aproximadamente -0,425 V) em relação ao do Ti (aproximadamente -0,525 V). Isso implica que a liga é mais nobre que o Titânio e, teoricamente, mais resistente à corrosão, o que faz sentido, uma vez que as ligas são formadas para melhorar as propriedades de um metal. Questão 2) Plote os gráficos de potencial (y) vs. log i (x) e determine (quando possível) os seguintes parâmetros de corrosão: potencial de corrosão, densidade de corrente de corrosão, potencial de pite, densidade de corrente de pite, potencial passivo, densidade de corrente passiva e taxa de corrosão. A partir dos dados fornecidos para o ensaios de polarização, plotou-se dois gráficos de Potencial x Densidade de corrente, um para o metal monofásico de Titânio e outro para a liga de Ti-30Nb-3Fe, com escala logarítmica no eixo x. Vale ressaltar que os valores fornecidos de corrente foram convertidos em módulo antes de plotar os gráficos. É possível observar que a polarização de Titânio caracteriza-se mais por ativação, ao passo que a liga Ti-30Nb-3Fe assemelha-se a combinação de polarização por ativação e por concentração. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS Polarização - Ti E - Potencial (V) log(i) - densidade de corrente (A/cm²) Polarização - Ti-30Nb-3Fe E - Potencial (V) log(i) - densidade de corrente (A/cm²) Em seguida, realizou-se a extrapolação das curvas de Tafel para encontrar os valores de potencial de corrosão (Ecorr) e densidade de corrente de corrosão (icorr), como pode-se observar pelas tangentes e retas vermelhas, e análise do potencial de passivação (Epass) e densidade de corrente de passivação (ipass) através do gráfico, representados nos gráficos pelas retas rosas. Além disso, para a curva de polarização da liga, encontrou-se os valores de potencial de pite (Epites) e densidade de corrente de pite (ipites), como observado nas cores azuis. Polarização - Ti 3 2 1 E - Potencial (V) E pass 0 E corr -1 -2 1E-10 1E-9 i corr 1E-8 1E-7 1E-6 i pass 1E-5 1E-4 log(i) - densidade de corrente (A/cm²) Polarização - Ti-30Nb-3Fe 2 E pites 1 E - Potencial (V) E pass 0 E corr -1 -2 1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 log(i) - densidade de corrente (A/cm²) i corr i pass i pites Para o cálculo da taxa de corrosão, foram elaborados tabelas para o cálculo do peso equivalente da liga e do metal e, posteriormente, foi feito o cálculo da taxa de corrosão. Liga Ti-30Nb-3Fe Elemento Massa Atômica (Wi) Valência (ni) Fração de massa (fi) ni.fi/Wi Ti 47.8670 g/mol 4 67% 0,05598 Nb 92.9063 g/mol 5 30% 0,01614 Fe 55.8450 g/mol 3 3% 0,00161 Q = 0,07373 g EW = 13,5627 g Densidade da liga: d_{liga} = \frac{m_{Ti}+m_{Nb}+m_{Fe}}{\frac{m_{Ti}}{D_{Ti}}+\frac{m_{Nb}}{D_{Nb}}+\frac{m_{Fe}}{D_{Fe}}} = \frac{47,867 + 92,906 + 55,845}{\frac{47,867}{4,5} + \frac{92,906}{8,57} + \frac{55,845}{7,874}} = 6,88 g/cm³ Taxa de corrosão: CR = \frac{i_{corr} \cdot K \cdot EW}{\rho} = \frac{0,107 \muA/cm² \cdot 3,27 \cdot 10^{-3} mm/A.cm.ano \cdot 13,5627 g}{6,88 g/cm²} CR = 6,897 \cdot 10^{-4} mm/ano = 0,6897 \mu m/ano Titânio Elemento Massa Atômica (Wi) Valência (ni) Fração de massa (fi) ni.fi/Wi Ti 47.8670 g/mol 4 100% 0,08356 Q = 0,05598 g EW = 11,9667 g Taxa de corrosão: CR = \frac{i_{corr} \cdot K \cdot EW}{\rho} = \frac{0,03 \muA/cm² \cdot 3,27 \cdot 10^{-3} mm/g/\mu A.cm.ano \cdot 11,9967 g}{4,507 g/cm²} CR = 2,611 \cdot 10^{-4} mm/ano = 0,2611 \mu m/ano A tabela a seguir resume todos os parâmetros calculados a partir dos gráficos de polarização do Titânio e sua liga Ti-30Nb-3Fe. Parâmetro Símbolo Ti-30Nb-3Fe Ti Potencial de corrosão E corr -0,51 V -0,65 V Densidade de corrente de corrosão i corr 1,07E-7 A/cm² 3,0E-8 A/cm² Potencial de pite E pass 0,16 V -0,1 V Densidade de corrente de pite i pass 4,65E-6 A/cm² 2,32E-6 A/cm² Potencial passivo E pites 1,44 V - Densidade de corrente passiva i pites 6,46E-6 A/cm² - Taxa de corrosão CR 0,6897 µm/ano 0,2611 µm/ano Questão 3) Compare as curvas de polarização de ambos os metais e os parâmetros calculados. A que conclusão você pode chegar? Comparando as curvas de polarização de ambos metais, é possível observar que a liga Ti-30Nb-3Fe tem a ocorrência de corrosão por pites, o que pode se observar pela espécie de degrau observada na curva. Esta ocorrência pode ser explicada pelo fato do elemento Ferro presente em pequenas quantidades representar um elemento estabilizador β. Logo, o Ferro tem, também, por característica diminuir a quantidade dos precipitados da fase α na matriz, retendo a fase β à temperatura ambiente. Os efeitos do aumento de β estabilizador são o aumento da resistência mecânica e redução da resistência à corrosão eletroquímica, o que explica a ocorrência de pites na curva da liga Ti-30Nb-3Fe e seu potencial de corrosão elevado em relação ao metal Titânio, indo de encontro à teoria abordada e aos experimentos realizados. A parte microestrutural é importante para analisar as propriedades mecânicas dos materiais analisados, por característica o Titânio puro possui alta resistência à corrosão e mecânica, e uma estrutura hexagonal compacta à temperatura ambiente, já a liga devido à presença de estabilizadores β em grande quantidade forma uma estrutura Cúbica de corpo centrado (CCC), que tem como característica baixa resistência à corrosão. Questão 4) Pesquise as características microestruturais e de composição química de cada um dos metais testados e correlacione com o comportamento à corrosão observado. O Titânio possui número atômico equivalente a 22, sendo uma estrutura de 22 prótons e 22 elétrons, com massa atômica de 47,9 u. Este elemento químico oscila entre duas estruturas cristalinas, tendo como fator variante a temperatura. A fase α é estável à temperatura ambiente e apresenta estrutura hexagonal compacta. A fase β é estável a temperaturas superiores a 882°C e possui estrutura cúbica de corpo centrado. Quando elementos β estabilizadores, como o Nióbio e Ferro, são introduzidos ao Titânio, torna-se possível reduzir a temperatura qual o elemento em fase β é estável, tornando-a mais próxima da temperatura ambiente. Segundo a literatura, o resultado esperado era o titânio corroer mais quando na fase β, ou seja, que a corrosão da liga fosse maior que a do titânio. A partir dos gráficos analisados anteriormente, pode-se perceber que, de fato, isto ocorre e a fase α (presente majoritariamente no titânio monofásico) possui menor taxa de corrosão. Isso porque o Ferro, quando adicionado em pouca quantidade ao composto, otimiza a resistência mecânica mas prejudica a resistência à corrosão.