Filmes finos à base de polissilanos como pré-tratamentos protetores contra corrosão de aço \'galvannealed\'.

Autor: Capelossi, Vera Rosa
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2011
Předmět:
Druh dokumentu: Tese de Doutorado
Popis: Atualmente o aço galvannealed é submetido à fosfatização e/ou cromatização como pré-tratamento superficial; no entanto, por questões econômicas e ambientais, estuda-se a viabilidade de utilizar os silanos como pré-tratamento alternativo. Os silanos são moléculas organofuncionais conhecidas por atuar como agentes de ligação entre superfícies orgânicas e inorgânicas, promotores de adesão em sistemas de pintura e também por fornecerem proteção contra a corrosão. A proteção à corrosão depende principalmente do silano a ser utilizado, das condições de hidrólise e de cura. O objetivo deste trabalho é estudar as condições de hidrólise através de um projeto estatístico de experimentos e o efeito na proteção contra corrosão, de um agente promotor de polimerização redox (íons de cério IV) ou de um inibidor de corrosão (íons de cério III) aplicado aos filmes de silanos (bis-silano funcional: bis-1,2- [(trietoxisilil)propil] tetrasulfeto (BTESPT) e bis-(g-trimetoxysililpropil)amina (BTSPA)) obtidos em 1%, 2% ou 3% de concentração de silano em massa de solução solvente água/etanol (50/50%), nos pHs 4,0, 5,0, 6,5 e 9,0, depositados sobre o aço galvannealed. A natureza porosa natural da superfície desse aço, consequência do tratamento térmico do revestimento de zinco, leva à necessidade de tempos maiores de imersão do metal na solução hidrolizada do silano para que seja completamente molhada levando à formação de um filme compacto e homogêneo. A adição de nanopartículas de sílica também foi estudada variando sua concentração nos filmes. A aplicação dos filmes sobre a superfície metálica foi feita pelo processo de dip-coating. Os filmes foram obtidos em mono e bi-camadas. As condições de cura, em estufa, para a mono camada foram à temperatura de 150ºC por 40 minutos. As condições de cura, em estufa, para a bi-camada foram: primeira camada à temperatura de 150ºC por 20 minutos e segunda camada à temperatura de 150ºC por 40 minutos. Os estudos eletroquímicos foram realizados utilizando medidas de técnica de varredura do eletrodo vibratório (SVET) e de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), medidas de resistência de polarização linear (Rp) e curva de polarização potenciodinâmicas, obtidas respectivamente, em solução aerada de NaCl 0,05 mo.L-1 e 0,1 mol L-1. A caracterização química dos filmes foi feita através das técnicas de espectroscopia no infravermelho (IR) e micro Raman. A caracterização física das amostras foi analisada por medida da viscosidade cinemática. Foram obtidas medidas de ângulo de contato para caracterizar a hidrofobicidade da superfície do metal recoberto pelo filme de polissilanos modificados. As imagens de microscopias óptica, eletrônica de varredura (MEV) e de força atômica (AFM) foram obtidas para conhecer a morfologia do filme e dispersão (homogeneidade) das nanopartículas de sílica no filme. Os resultados mostraram que tanto para o filme de BTSPA como de BTESPT o pH ideal para a obtenção de um filme mais resistente à corrosão foi o pH 4,0. As análises físico-químicas mostram que a adição de íons Ce (III) ou íons Ce (IV) melhoram as propriedades protetoras e reticulação dos filmes, respectivamente, formando um filme mais homogêneo e compacto. As caracterizações morfológicas mostraram que as nanopartículas de sílica, quando em excesso, formam aglomerados na superfície porosa do galvannealed, promovendo trincas e diminuindo as propriedades anticorrosivas dos filmes.
Currently, galvannealed carbon steel has been submitted to phosphatizing and/or chromatizing as surface pre-treatment; however, for economic and environmental issues, the viability to use silanes as an alternative pre-treatment has been studied. The silanes are organofunctionals molecules known for acting as coupling agents, adhesion promoters in paintings as well as for supplying protection against corrosion. The protection against corrosion depends mainly on the silane to be used, cure and hydrolysis conditions. The aim of this work is to study the conditions of the hydrolysis by a statistical project of experiments and the effect on corrosion protection, of either redox polymerization agent(ions of cerium IV) or a corrosion inhibitor (ions of cerium III) added to silane films (bis-functional silane: bis-[trimethoxysililpropyl]amine (BTSPA) and bis-1.2- [triethoxysilylpropyl]tetrasulfide (BTESPT)) obtained at silane concentration of 1%, 2% or 3% in mass of the solvent solution (50/50%) at pHs 4,0, 5,0, 6,5 and 9,0, deposited on galvannealed steel. The natural porous nature of the galvannealed steel surface as a results of thethermal annealing treatment o the zinc coating leads to higher needed immersion times inthe hydrolised silane solution in order to promote a complete wetting of the surface to reach a compact and homogeneous film. The addition of silica nanoparticles was also studied at different concentrationsin the films. The samples of galvannealed steel were immersed in the hydrolysis solution by dip-coating process. The films were obtained in mono and double layers. The cure conditions for the monolayer were obtained at temperature of 150ºC for 40 minutes. The cure conditions for the double layer were obtained: at temperature of 150ºC for 20 minutes for the first layer and at temperature of 150ºC for 40 minutes for the second layer. The electrochemical studies were performed using the scanning vibrate technique (SVET), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), linear polarization resistance (Rp) and potenciodinamyc polarization curves, all measurements were obtained in aerated NaCl 0.1mol.L-1or 0.05 mol.L-1solution. The chemical properties of the films were analyzed by infrared (IR) and micro Ramanspectroscopies. The physical characterization of samples was performed by measuring the kinematic viscosity. The contact angle measurements were obtained in order to characterize the hydrophobicity of the silane film coated metal surface. The images from optical y, scanning electron (SEM) and atomic force microscopies (AFM) were performed to characterize the morphology of the film and/or the dispersion of silica nanoparticles in the film. The results showed that for BTSPA as well as for BTESPT the ideal pH to obtain a more corrosion resistant silane film is pH 4.0. The physico-chemical analysis showed that the addition of cerium (III) or cerium (IV) ions increases the cross linking of the film, and the film obtained was more homogeneous, compact and corrosion resistant. The morphological characterization showed that in the porous of galvannealed surface silica nanoparticles agglomerated, consequently promoting cracks and the decrease of anti-corrisive properties of the films.
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