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Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro Curso de Engenharia de Materiais IT313 – Corrosão Professora: Renata Nunes Annie Kassey Freire Meireles Rio de Janeiro, 2015. Introdução Os materiais cerâmicos são de um modo geral, compostos inorgânicos e não- metálicos, que temos como exemplo os óxidos, silicatos, carbonetos, nitretos. Este campo inclui materiais com características tão distintas como as porcelanas, o carboneto de silício, o vidro e o cimento. Quando falamos em corrosão, os materiais não-metálicos são os mais resistentes, quando comparados com os metais, o fator que mais contribui para isso é que materiais cerâmicos são imunes à corrosão eletroquímica. O que acontece com os materiais cerâmicos é que eles desagregam-se, e isso pode acontecer devido à agentes físicos externos, agentes químicos internos e agentes mecânicos. Os agentes físicos que podemos destacar são a umidade, vegetação e o fogo. Os dois primeiros agem através dos poros. O fogo é também altamente prejudicial para a cerâmica comum; esta tem sua resistência à compressão diminuída à medida em que aumenta- se aumenta a temperatura. A queda de revestimento da cerâmica é causada por agentes químicos que podem ser altamente degradantes, por exemplo uma cerâmica com sais solúveis sofre intenso processo de corrosão, devido a umidade absorvida do ar poder dissolver esses sais, os quais virão a se cristalizar na superfície, ocasionando o que se chama eflorescência. Como também pelos agentes mecânicos, que podem gerar a destruição das peças, que têm maior resistência à compressão do que à flexão e demais solicitações. A corrosão em cerâmicas é mais conhecida como deterioração, e acontece mais comumente em temperaturas elevadas e ambientes muito agressivos, e ainda sim esses materiais são altamente resistentes. Em altas temperaturas, a corrosão desses materiais se dá através de processos de formação de fases vítreas e de dissolução, como por exemplo a corrosão de refratários usados em fornos de fusão de vidro (formação de fases vítreas). Por dissolução, acontece em meios ácidos específicos (HF, por exemplo) ou em meios alcalinos, é favorecida principalmente com o aumento da temperatura do sistema. Já na temperatura ambiente, o processo de degradação de vidros não tratados pode se iniciar com gotas d’água que se condensam na superfície deles (intemperismo). Corrosão de cerâmicas à base de Si3N4 em soluções aquosas de HCl 0,1 N O comportamento à corrosão de cerâmicas à base de Si3N4 contendo misturas de Y2O3/SiO2e RE2O3/SiO2 como aditivos, foi estudado em soluções aquosas de HCl 0,1N a 100 °C. As cerâmicas à base de Si3N4 estão sendo estudadas com muita atenção nos últimos anos para aplicações estruturais, devido a alta dureza, retenção das propriedades a altas temperaturas, resistência à oxidação e estabilidade térmica. Contudo os aditivos óxidos utilizados para promover a densificação na sinterização podem acarretar a degradação das propriedades mecânicas a altas temperaturas. Esta por sua vez, é causada devido à formação de uma fase líquida, a qual, após resfriamento é retida como uma fase vítrea intergranular. Procedimento Experimental As matérias-primas usadas na preparação das misturas foram: Si3N4 tipo SN-E10 da UBE Industries, Y2O3 tipo "FINE" da H.C.Starck, SiO2 padrão e RE2O3 (concentrado misto de óxido de ítrio e terras raras). Para avaliar a resistência à corrosão em soluções aquosas de HCl, as cerâmicas à base de Si3N4 foram aditivadas com óxido de ítrio/óxido de silício, Y2O3/SiO2, e concentrado misto de óxido de ítrio e terras raras/óxido de silício, RE2O3/SiO2. A fim de garantir a mesma quantidade de fase líquida durante a sinterização, os teores dos aditivos foram fixados em 14 e 21% em volume na estequiometria de Y2Si2O7 e RE2Si2O7. As misturas das composições estudadas foram preparadas em moinho de atrito com meios de moagem de Si3N4, em álcool isopropílico durante 4 horas. Após a secagem, as misturas foram passadas em peneira e prensadas em forma de blocos. Os blocos foram sinterizados à 1850 oC por 30 min a 10 MPa de N2. Após a sinterização, os blocos foram serrados em forma de barras, retificados e polidos, lavados em água e posteriormente em acetona e secos a 150 oC. Balões de destilação foram utilizados para os testes de corrosão, cujas temperaturas eram controladas através de termostato e foi utilizado sistema de refluxo a fim de manter o volume de solução constante. A temperatura estudada foi 100oC, as soluções foram preparadas com 0,1 N HCl e os tempos de imersão foram de 120, 240 e 360 h. A resistência à corrosão das cerâmicas a base de Si3N4 foi avaliada pela perda de massa, a severidade do ataque foi avaliada através da observação das microestruturas remanescentes analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Resultados e Discussões Como resultados, podemos observar que as amostras contendo Y2O3/SiO2 (SNY) resistiram melhor ao ataque corrosivo. A velocidade do ataque corrosivo tende a diminuir com o tempo de imersão para tempos superiores a 240 horas, provavelmente pela formação de ácido metassilicílico gelatinoso (reações A e B), como produto de corrosão, o qual dificultou a difusão dos íons agressivos através de sua camada aderida à superfície da cerâmica. Y2Si2O7 + 6HCl + H2O 2YCl3 + 2H4SiO4 (A) RE2Si2O7 + 6HCl + H2O 2RECl3 + 2H4SiO4 (B) Observamos também a dissolução dos íons das amostras SNRE com 14% e 21%vol de fase intergranular a 100 oC em função do tempo de imersão. Observa-se que os elementos não dissolveram proporcionalmente, demonstrando desta forma que ocorreu dissolução preferencial das terras raras. Vimos que a fase Y2Si2O7 possui caráter mais ácido do que a fase RE2Si2O7, resistindo mais a dissolução em meio ácido. As Figs. 5a e 5b mostram as microestruturas das amostras com 14% em volume de fase intergranular, antes dos testes de corrosão. As Figs. 5c e 5d mostram as microestruturas das mesmas amostras após os testes de corrosão. Pode-se observar que apenas a fase intergranular foi corroída, permaneceram intactos. Conclusão As amostras dopadas com Y2O3/SiO2 apresentaram maior resistência ao ataque corrosivo; Acima de 240 horas de exposição, a taxa de corrosão tende a diminuir com o tempo; A quantidade de aditivo presente é um parâmetro preponderante no comportamento à corrosão da cerâmica à base de Si3N4; Ocorre dissolução preferencial dos elementos de terras raras.
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