Incorporação de nióbio no óxido anódico de alumínio durante anodização dupla da liga AA1100

Abstract

Ligas de alumínio são utilizadas em diversas aplicações devido à baixa densidade e versatilidade graças a adição de elementos de liga, tratamentos térmicos, trabalho a frio e técnicas de conformação. Entretanto, estão susceptíveis à corrosão localizada quando expostas em ambientes com cloreto. Processos de pré e pós-tratamento para aumentar a resistência à corrosão dessas ligas metálicas foram estudados ao longo das últimas décadas, especialmente em busca por processos isentos de compostos de cromo hexavalente (tóxico e carcinogênico), como a anodização de alumínio com eletrólitos livres de cromo. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o óxido anódico de alumínio produzido pela anodização dupla da liga de alumínio AA1100 em soluções aquosas de ácido cítrico e complexo oxalato amoniacal de nióbio hidratado (NbO-ANO). A anodização dupla foi feita em duas etapas principais: a primeira consistiu em uma anodização porosa padrão em ácido sulfúrico e a segunda consistiu na reanodização da amostra em um eletrólito capaz de promover o espessamento da camada barreira do óxido anódico. Em um processo inovador, o eletrólito a base de NbO3+ foi utilizado objetivando, além do espessamento da camada barreira, a simultânea incorporação de possível inibidor de corrosão. Além dos transientes de anodização, foi realizada a análise da morfologia, por Microscopia Eletrônica de Varredura, do óxido anódico produzido e a sua composição química foi determinada por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por raios X. O comportamento eletroquímico foi estudado com os resultados de Polarização Linear e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Verificou-se na segunda etapa da anodização dupla ser possível promover o espessamento da camada barreira até cerca de 350 nm por polarização galvanostática até ser atingida a tensão de célula de 300 V, ainda que em algumas condições tenha ocorrido quebra do dielétrico. A incorporação de nióbio nas amostras anodizadas a base de NbO3+ foi comprovada, sendo que o nióbio se encontra provavelmente como Nb5+. Foi comprovado o aumento da resistência à corrosão de amostras pela anodização dupla, tanto pelo espessamento da camada barreira do óxido anódico quanto pela incorporação de inibidor.

Aluminum alloys are used in many applications because of their low density and versatility due to alloying elements, heat treatment, cold working, and forming methods. However, they are susceptible to localized corrosion when exposed to environments with chloride. Processes of pretreatment and post-treatment to increase the corrosion resistance of these metal alloys have been studied over the last decades, especially in search of processes free of hexavalent chromium compounds (toxic and carcinogenic), such as anodizing aluminum with chrome-free electrolytes. The objective of this dissertation was to characterize the anodic aluminum oxide produced by the anodizing of the aluminum alloy AA1100 in aqueous solutions of citric acid and ammonium niobium oxalate complex. The double anodizing was carried out in two main steps: the first consisted of a standard porous anodizing in sulfuric acid, and the second consisted of re-anodizing the sample in an electrolyte capable of promoting the thickness of the anodic oxide barrier layer. The NbO3+ based electrolyte was used in an innovative process, aiming at the simultaneous incorporation of a possible corrosion inhibitor, in addition to the barrier layer thickness. Aside from the anodizing transients, the morphology analysis of the anodic oxide produced by Scanning Electron Microscopy was performed, and its chemical composition was determined by X-ray Photoelectron Spectroscopy. The electrochemical behavior was studied with Linear Polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy. It was verified in the second stage of double anodizing that it was possible to increase the thickness of the barrier layer up to about 350 nm by galvanostatic polarization until the cell voltage of 300 V was reached, although in some conditions there was a dielectric breakdown. The incorporation of niobium in the anodized samples with the base of NbO3+ was confirmed by XPS, and the element is probably in its highest oxidation state, Nb5+. The increase in the corrosion resistance of samples by double anodizing was proven, both by the anodic oxide barrier layer thickness and by incorporating the inhibitor.