Investigação de revestimentos híbridos Ti/Al2O3 + TiO2 e Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 como proteção de ultra

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19363 (2022) Citar este artigo

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A baixa resistência à corrosão é um problema significativo das ligas de magnésio, particularmente as ligas ultraleves de magnésio-lítio. O tratamento de superfície é uma maneira de melhorar sua resistência à corrosão. O trabalho apresenta os resultados dos testes de revestimentos Ti/Al2O3 + TiO2 e Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 obtidos em um processo híbrido combinando métodos PVD e ALD e revestimento ALD do tipo Al2O3 + TiO2 obtido em AE42 (Mg–4Li–2RE) e LAE442 (Mg–4Li–4Al–2RE). Os estudos estruturais foram realizados usando microscopia eletrônica de varredura e transmissão (SEM e TEM), microscopia de força atômica e métodos espectroscópicos EDS e XPS. Testes potenciodinâmicos e espectroscopia de impedância eletroquímica EIS em solução de NaCl 0,05 M foram realizados para determinar as propriedades eletroquímicas dos materiais testados. Além disso, foram realizados testes de molhabilidade superficial e propriedades tribológicas usando o método bola sobre disco. Com base na análise das curvas de polarização anódica e na análise de Tafel, verificou-se que o revestimento Ti + TiO2/Al2O3 + TiO2 apresentou as melhores propriedades potenciodinâmicas em ambos os substratos. Em particular, no substrato de magnésio-lítio, o valor da resistência à polarização deste revestimento híbrido é Rpol = 14 × 103 Ω × cm2, e o valor da corrente de corrosão é jcorr = 0,4 µA/cm2. Para o substrato LAE442 não revestido, a resistência à polarização é Rpol = 1,05 × 103 Ω × cm2 e o valor da corrente de corrosão é jcorr = 5,49 µA/cm2. Essa melhoria se deve ao efeito sinérgico das tecnologias combinadas de PVD e ALD. O estudo confirmou o impacto dos revestimentos híbridos na melhoria das propriedades anticorrosivas e tribológicas das ligas ultraleves de magnésio.

Por muitos anos, devido às excelentes propriedades, como alta resistência específica, alta capacidade de amortecimento e a reciclabilidade necessária e baixa densidade, as ligas de magnésio e lítio têm sido amplamente utilizadas principalmente em eletrônicos de consumo comumente usados ​​e na indústria automotiva. A adição de lítio nas ligas de magnésio resulta em melhor conformabilidade e densidade muito baixa. Por outro lado, a adição de alumínio às ligas de Mg-Li melhora a resistência e aumenta ligeiramente a densidade, reduzindo o alongamento. Além dessas vantagens indiscutíveis, a liga Mg-Li tem as seguintes desvantagens: baixa dureza e baixa resistência à corrosão. Embora as propriedades mecânicas das ligas de magnésio possam ser efetivamente melhoradas pela modificação da composição química e tratamento térmico e plástico, um grande problema é a melhoria de sua resistência à corrosão1,2,3,4,5.

Para isso, o tratamento de superfície desses materiais é cada vez mais utilizado, buscando materiais de revestimento ideais em um sistema monofásico ou multifásico. O grande problema é encontrar um tal sistema de revestimento ou camada que seja "multifuncional", ou seja, resistente não só à corrosão, mas também quimicamente estável, não tóxico, com boas propriedades ópticas e elétricas, excelentes propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas e boas propriedades fotocatalíticas propriedades após a exposição à luz ultravioleta. A análise de trabalhos de pesquisa mostra que uma gama tão ampla de propriedades físico-químicas pode ser assegurada, em particular, por óxidos metálicos obtidos pelos métodos de deposição física de vapor (PVD) e de deposição química de vapor (CVD), incluindo a técnica de deposição atômica de camadas de ALD6 ,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23.

Dentre os revestimentos obtidos pelo método PVD sobre substrato de ligas de magnésio AZ91D com excelentes propriedades físico-químicas, alta resistência à corrosão, dureza e resistência à abrasão, destaca-se o revestimento de ZrO2 aplicado pela técnica RFPVD, o que foi confirmado pelos autores em10. Outro revestimento PVD que, em particular, melhora a resistência à corrosão é o revestimento ZnO e o revestimento duplex ZnO/MWCNT. No trabalho de pesquisa11, verificou-se que a camada de MWCNT quimicamente inerte obtida por revestimento por imersão preencheu as imperfeições (microporos e microfissuras) do revestimento de ZnO obtido pela técnica de PVD, evitando a formação de centros de corrosão no revestimento, aumentando assim o risco de corrosão resistência, neste caso, foi o substrato de liga de magnésio Mg–0,8Ca–3Zn. Usando o método PVD magnetron sputtering, como parte da pesquisa em 12, vários revestimentos foram aplicados ao substrato da liga Mg-3Sn: uma camada de Si1−xCx, um revestimento de Si1−xCx com uma camada intermediária de Mg e uma combinação de Mg/ Camadas AlTi/Si1−xCx. Os autores mostraram que o revestimento Si1−xCx melhorou a condutividade térmica do material e sua resistividade elétrica e resistência à corrosão sem reduzir as propriedades da própria liga de magnésio. Por sua vez, o interlayer AlTi melhorou a adesão do revestimento ao material de base12.