COMPORTAMENTO ANÓDICO DE UMA LIGA A BASE TITÂNIO EM MEIO DE CLORETO E SULFATO ÁCIDO EM DIFERENTES pHs.


Rodrigo M. Cordeiro (IC)*, Assis V. BenedettiÄ (PQ) & Paulo T. A. Sumodjo (PQ)*

* Instituto de Química – USP, C.P.26077, 05513-970 São Paulo, SP

Ä Instituto de Química – UNESP, C.P.355, 14801-000 Araraquara, SP


Palavras-chave: ligas de titânio, eletroquímica, anodização


Introdução. No desenvolvimento de novos veículos aeroespaciais, algumas metas técnicas devem ser alcançadas. Dentre estas se destacam maiores velocidades de vôo (Mach 2 a 3), autonomia para maiores distâncias e maior capacidade de transporte [1]. Para alcançar essas metas deve-se buscar materiais que sejam mais leves e mais rígidos que possam operar a altas temperaturas. Estima-se que os materiais serão submetidos a temperaturas entre 750 e 1800 oC em futuros aeronaves de uso civil [1]. Portanto, espera-se que os materiais apresentem uma durabilidade aceitável nessas temperaturas de trabalho. Como os materiais atualmente empregados na indústria aeronáutica são totalmente inadequados, alguns novos materiais resistentes a altas temperaturas têm sido buscados. Dentre os estudados destaca-se o compósito de matriz intermetálico (CMI) [2]. Dentre os CMI parece ser promissor o compósito de carbeto de silício em matriz de liga de titânio [2], e dentre as possíveis ligas, a liga Ti-15-3 (Ti-15V-3Al-3Sn-3Cr) [3,4]. Em função do exposto, decidiu-se estudar o comportamento eletroquímico desse material em alguns ambientes contendo íons normalmente encontrados na atmosfera. Esta comunicação relata os resultados preliminares do estudo eletroquímico da liga Ti-15-3 em NaCl 0,01 M e NasSO4 0,1 M com pH 2, 4 e 6.


Experimental. Utilizou-se um sistema de 3 eletrodos para a obtenção de voltamogramas cíclicos, a 10 mVs–1, e de curvas de polarização quase-estacionárias (v=0,34 mVs–1). O eletrodo de trabalho era um cilindro da liga em estudo embutido em TeflonÒ, sendo a área da superfície exposta ~ 0,13 cm2. O eletrodo de referência, ao qual são referidos os potenciais, era Ag|AgCl|Cl– e o eletrodo auxiliar era um fio Pt platinizada. O eletrólito era NaCl(aq) 0,01 M + Na2SO4(aq) 0,1 M, com pH: 2, 4 ou 6. Antes de cada experimento, o eletrodo de trabalho era polido com lixas de granulometrias diferentes (280 a 2000) e lavado com metanol por 10 min em banho de ultrassom. A seguir o eletrodo era imerso em solução de NaOH(conc) por ~ 3 min, lavado com o eletrólito e rapidamente colocado na célula eletroquímica já contendo o eletrólito. O pré-tratamento eletroquímico consistiu de uma catodização a –0,6 V por 2 min para redução de possíveis impurezas interfaciais. Os experimentos foram feitos tanto com o eletrodo girando a 1000 rpm, como com a solução em repouso. Foram conduzidas experiências tanto em eletrólito aerado como desaerado (através de borbulhamento de N2 por 30 min) à temperatura ambiente.


Resultados e Discussão. Os voltamogramas cíclicos, obtidos no intervalo de potenciais entre –0,6 e +3,0 V apresentaram o mesmo aspecto: em torno de 0,5 V surge um pequeno pico seguido de um aparente patamar que se estende até 2,0 V. Depois desse potencial se observa outro pico de corrente. Quando se inverte o sentido da varredura de potenciais, a corrente é praticamente nula. Na segunda varredura consecutiva, não se nota passagem significativa de corrente. Este é o comportamento típico de um metal válvula. Portanto, durante a primeira varredura anódica houve a formação de um filme passivo sobre a superfície do eletrodo. Segundo vários autores, a passivação ocorre através da formação inicial de um óxido não-estequiométrico que vai se oxidando até resultar em TiO2 [3]. Portanto, pode-se admitir que os vários picos e o patamar observados estão associados a esses processos. Verificou-se que com a diminuição do pH da solução houve um aumento na carga anódica, evidenciando a importância da concentração de íons H+ no processo anódico global. Foi notado que a rotação do eletrodo não gera diferenças significativas no perfil potenciodinâmico E/I, o que mostra que o processo de passivação independe do transporte de massa e deve ser controlado por ativação. Estudou-se o efeito da aeração em pH 6. Em meio aerado, o pico relacionado com a formação de TiO2 se torna mais pronunciado. Como não houve alterações no patamar, acredita-se que a quantidade de O2 presente favorece o crescimento de TiO2. As curvas de polarização quase-estacionárias, feitas no intervalo de –0,6 a +3,0 V, apresentaram corrente quase nula até 1,3 V, após o qual, ocorre a descarga de água, evidenciado pelo aparecimento de bolhas sobre a superfície do eletrodo. Uma ampliação da região de corrente quase nula mostra uma série de picos de corrente, que praticamente independem do pH. Estes picos possivelmente estão relacionados com a formação dos diferentes óxidos de titânio. A agitação do eletrodo, bem como a aeração, não provocaram diferenças. Na região de oxidação do solvente, a corrente é maior em pH 2. A rotação do eletrodo parece não provocar alterações significativas, o que fortalece a hipótese de que a reação independe do transporte de massa. A aeração diminui a corrente, possivelmente devido a um deslocamento do equilíbrio da reação de oxidação da água pelo aumento da quantidade de O2 ou pelo retardamento da oxidação da água pela formação de filme isolante de rutilo.


Conclusões. A anodização potenciodinâmica da liga Ti-15-em solução de NaCl 0,01 M + Na2SO4 0,1 M é um processo complexo que independe do transporte de massa. A potenciais mais positivos que 1,3 V ocorre a oxidação da água, cuja velocidade é maior a pH’s baixos.

Bibliografia.

  1. R.W. Hayes, Scripta Metall., 23 (1989) 1931.

  2. . H.P. Chiu, S.M. Jang & J.M. Yang, J. Mater. Res., 8 (1993) 2040.

  3. D.G. Kolman & J.R. Scully, J. Electrochem.Soc., 141 (1994) 2633.

  4. S.M. Kazanjian & E.A. Starke, International J. of Fatigue, 21 (1999) S127.


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