EFEITO DAS VARIÁVEIS DE PREPARAÇÃO NA FORMAÇÃO DE FILMES DE ÓXIDO DE ZIRCÔNIO PREPARADOS POR ANODIZAÇÃO

Donizete Xavier da Silva (PG) e Ernesto Chaves Pereira (PQ)

Laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica

Departamento de química – Universidade Federal de São Carlos – C. P.: 676 – 13560-970 – São Carlos – SP – email: decp@power.ufscar.br

Palavra-chave: zircônio, anodização e ruptura dielétrica

A velocidade de crescimento, o potencial de ruptura e o potencial de pós-ruptura na anodização de metais válvulas são parâmetros que dependem das condições experimentais. As principais variáveis que influenciam o processo de crescimento de filmes de óxido são: a densidade de corrente anódica, a composição e concentração do eletrólito e a temperatura¹. Embora na literatura existam muitos trabalhos que investigam cada uma delas separadamente², não existe, a nosso conhecimento, nenhum trabalho que estude o efeito simultâneo de variáveis e o efeito de interação entre elas. Desta forma, o objetivo desde trabalho foi utilizar o método do planejamento fatorial³ para estudar a anodização do zircônio.

Os filmes foram obtidos pelo método galvanostático. A anodização foi realizada em uma célula eletroquímica contendo dois eletrodos, sendo o eletrodo de trabalho uma placa de zircônio (0,50 cm²) e o eletrodo auxiliar uma chapa de platina (3,75 cm²) de forma semi-circular para manter a homogeneidade do campo elétrico. Os eletrólitos utilizados foram soluções aquosas de ácidos fosfórico e oxálico. Com a finalidade de investigar um maior número de variáveis com um número de experimentos reduzido, utilizou-se um planejamento fatorial fracionário 2^5-1.

A Figura 1 mostra um dado típico da anodização do zircônio. Observa-se que inicialmente existe uma região linear que caracteriza o crescimento do óxido. Em seguida, ocorre a ruptura dielétrica do filme. Nas condições em que os filmes foram preparados, a ruptura ocorre em torno de 450 V. Após a ruptura, o filme de óxido sofre um processo de destruição e reconstrução, que é caracterizado pela oscilação do potencial em função do tempo. Foram estudadas 5 variáveis de preparação sobre as respostas eletroquímicas realizadas durante a medida de potencial em função do tempo. Através da utilização do planejamento fatorial 2^5-1, foram realizados 16 experimentos sem repetição. As variáveis de preparação e os valores da estimativa dos efeitos estão apresentados na Tabela 1. Para avaliar as respostas eletroquímicas foram utilizados os seguintes parâmetros: a variação do potencial em função do tempo (dE/dt), medido na região de crescimento linear; o potencial de ruptura médio (E_R), medido como a média dos valores do potencial na região de ruptura dielétrica e a amplitude das oscilações (O_sc) na região de breakdow, medido como o desvio padrão do potencial de ruptura nesta região. Os valores em negritos indicam os efeitos mais significativos. Analisando-se a Tabela 1, verifica-se que para dE/dt, os efeitos principais de I, E e T são os mais significativos. Os efeitos cruzados IC e ET são também significativos, embora com pouca importância. Desta forma, pode-se afirmar que dentro da precisão do experimento, somente os efeitos da variáveis principais devem ser considerados para estudar o efeito das variáveis de preparação sobre dE/dt. Ainda com respeito a dE/dt é interessante ressaltar que todos os efeitos de interação envolvendo a variável tempo t, são aproximadamente zero. Este fato era esperado uma vez que a variável tempo tem efeito nulo sobre dE/dt. Por outro lado, para E_R, todos efeitos principais (I, C, E, T e t) tem valores significativos, bem como os efeitos de interação entre duas variáveis: IT, Et, ET e CT. Com relação aos valores médios das oscilações, O_sc, observa-se que os efeitos mais importantes são os efeitos de interação entre 2 variáveis: CE e IT. Desta forma, utilizando-se o planejamento fatorial, observou-se que tantos os efeitos principais como os efeitos de interação entre duas variáveis são imporatens para descrever os efeitos da variáveis de preparação sbore E_R e O_sc.

Tabela 1: Planejamento fatorial de resolução 5 ( 2^5-1 ). Condições de preparação e estimativa dos efeitos. Densidade de corrente (I); Concentração do eletrólito (C); Composição do eletrólito (E), Temperatura (T) e Tempo (t).

1 – S. Ikonopisov, Electrochim. Acta, 22 (1977) 1077-1082

2 – F. Di Quarto, S. Piazza e C. Sunderi, J. Electrochem. Soc. 131 (1984) 2901-2906

3 - B. N. Barros, I. S. Scarminio, e R. E. Bruns. Campinas SP Edetora da Unicamp, (1995) p. 71.

(PADCT III, CNPq e PRONEX)