Tratamentos de superfície são técnicas amplamente utilizadas com a finalidade de aumentar a resistência à corrosão de materiais metálicos. No caso específico do alumínio e ligas de alumínio, o tratamento com cromo hexavalente é um dos processos mais utilizados. Isso, em razão da eficiência e da facilidade de aplicação desse processo. Entretanto, em virtude de restrições ambientais e do elevado custo de tratamento de resíduos gerados neste processo, métodos alternativos para sua substituição vêm sendo avaliados. Neste contexto, o presente estudo investigou o processo de formação e proteção à corrosão fornecida por filmes de moléculas autoorganizáveis de compostos à base de fosfonatos sobre a liga de alumínio 1050. Para definir as condições do tratamento foram utilizadas medidas de condutividade e de ângulo de contato, juntamente com ensaios eletroquímicos. Técnicas eletroquímicas, especificamente: medidas de variação do potencial a circuito aberto (PCA), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e polarização potenciodinâmica foram utilizadas para avaliar a proteção à corrosão. Os diagramas experimentais de impedância foram interpretados utilizando circuitos elétricos equivalentes que simulam modelos do filme de óxido que se forma na superfície da liga. Os resultados fornecidos com a liga tratada com moléculas auto-organizáveis foram comparados com resultados obtidos em iguais condições com amostras da liga sem qualquer tratamento ou cromatizada com Cr(VI) e mostraram que o tratamento com moléculas auto-organizáveis aumenta significativamente a resistência à corrosão da liga e apresenta, em determinadas condições, desempenho próximo ao fornecido pelo processo de cromatização. / Surface treatments are widely used to increase the corrosion resistance of metallic materials. Specifically for aluminum and aluminum alloys, treatment with hexavalent chromium is one of the most used, due to its efficiency and ease of application. However, because of environmental restrictions and the high cost involved in the treatments of waste generated in this process, alternative methods for its replacement are necessary. In this context, this study investigated the effect of the surface treatment with self-assembling molecules (SAM) based on phosphonate compounds on the corrosion of the 1050 aluminum alloy. The conditions adopted for the SAM treatment were determined by conductivity and contact angle measurements, besides electrochemical experiments. Electrochemical techniques, specifically: measurement of the open circuit potential (OCP) variation with time, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization curves were used to evaluate the corrosion resistance of the 1050 aluminum alloy exposed to SAM treatment The experimental impedance diagrams were interpreted using equivalent electrical circuit models that simulate film that is formed on the alloy surface. The results of the samples treated with SAM were compared with those of samples either without any treatment or treated with chromatizing conversion coating with Cr(VI) and showed that the first treatment significantly increased the corrosion resistance of the aluminum alloy and approached that of chromatizing with Cr(VI) process.

O desenvolvimento de novos revestimentos ou métodos de proteção considerados ambientalmente amigáveis é extremamente importante para a substituição das eficientes camadas de conversão do cromo, as quais são amplamente utilizadas para proteção anticorrosiva do alumínio e suas ligas. Entre as alternativas relatadas na literatura, podemos destacar a aplicação de filmes de polianilina (PAni) e o uso de camadas de conversão de cério. Neste trabalho é proposta a utilização de revestimentos do tipo bicamadas formada pela combinação de: 1) duas camadas de polianilina ou 2) camadas de conversão de cério (depositadas pelo método electroless ou catodicamente) e filmes de PAni para proteção contra a corrosão das ligas de alumínio AA7075-T6 e AA8006-F em meio aquoso contendo íons cloreto. Nos ensaios de corrosão foram utilizados o monitoramento do potencial de circuito aberto e a polarização potenciodinâmica em meio de NaCl 0,6 mol L-1. A superfície das ligas com e sem os recobrimentos foram analisadas por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Também foi realizado o teste de aderência dos filmes de PAni presentes nas bicamadas sobre as ligas estudadas. O revestimento bicamada composto por uma camada de filme de PAni quimicamente depositada e um filme casting de PAni apresenta excelente aderência sobre as ligas AA7075-T6 e AA8006-F e combina a proteção oferecida pelos filmes casting com a boa aderência dos filmes de PAni depositados quimicamente. O uso da bicamada de cerato electroless e PAni apresenta propriedades anticorrosivas inferiores quando comparadas ao filme de PAni aplicado diretamente sobre o substrato metálico, entretanto, o uso de cerato electroless melhora a aderência dos filmes casting de PAni sobre as ligas estudas. O uso de bicamadas formadas por cerato depositado catodicamente e PAni sobre a liga AA8006-F apresenta valores de potencial de corrosão e potencial de pite inferiores ao do filme casting de PAni aplicado diretamente sobre o substrato metálico, enquanto que para a liga AA7075-T6 foram obtidas melhores propriedades anticorrosivas quando utilizada uma camada de cerato espessa (obtida utilizando uma solução de cério contendo 8 ou 25 µL mL-1 de H2O2). / The development of new coatings or protection methods considered environmentally friendly is extremely important to replace the efficient conversion layers of chromium, which are widely used for corrosion protection of aluminum and its alloys. Among the alternative methods reported in the literature, it can be highlighted the application of polyaniline (PAni) films and the use of cerium conversion layers. This work proposes the use of bi-layers based on: 1) two layers of polyanilines or 2) combination cerium conversion layers (deposited by electroless or cathodic electrodeposition) and PAni films for corrosion protection of AA7075-T6 and AA8006-F alloys in aqueous solutions containing chloride ions. Open circuit potential and potentiodynamic polarization curves were used for the corrosion tests, which were performed in 0.6 mol L-1 NaCl solution. The surface of the alloys with and without the coatings were characterized by optical microscopy and scanning electronic microscopy. It was also performed the adhesion test of the PAni films present in the bi-layers on the studied alloys. The bi-layers formed by a layer of PAni chemically deposited and a layer of PAni film exhibited excellent adhesion to the AA7075-T6 and AA8006-F alloys and combined the protection offered by the cast film of PAni with the good adhesion of PAni chemically deposited. The use of a bi-layer formed by cerium oxides (deposited by electroless) with PAni film as coating presented lower anticorrosive properties compared to the PAni films applied directly on the substrate, however, the use of the cerium layer improves the adhesion of the PAni films on the alloys. The use of bi-layers formed by electrodeposited cerium oxides and PAni films on AA8006-F showed corrosion potential and pitting potential lower when compared with the PAni film directly applied on the substrate, whereas for AA7075-T6, the best anticorrosive properties was obtained using a thick cerium layer (cerium solution containing 8 or 25 µL mL-1 of H2O2).

A indústria aeronáutica está constantemente à procura de materiais que ofereçam benefícios em termos de redução de peso, desempenho e custo. Corrosão e fadiga em ligas de alumínio são questões importantes na avaliação da vida útil em estruturas de aeronaves e na gestão de frotas. O objetivo deste trabalho foi avaliar os processos de corrosão e corrosão-fadiga nas ligas 2198-T851 e 7081-T73511, que são promissoras substitutas das ligas 2524-T3 e 7050-T7451 normalmente utilizada pela indústria aeronáutica. As técnicas de potencial de circuito aberto (PCA), polarização potenciodinâmica, polarização potenciodinâmica em eletrodo cilíndrico rotatório, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), eletrodo vibratório de alta resolução (SVET) e mapeamento de potencial (SKP) foram utilizadas para esclarecer e quantificar os mecanismos de corrosão destas ligas de alumínio. Os ensaios de fadiga e corrosão-fadiga foram realizados com uma razão de carga (R) de 0,1 e frequência de 15 Hz em ar e 0,1 Hz em meio de névoa salina. As amostras, antes e após os testes de corrosão e corrosão-fadiga foram analisadas usando microscopia eletrônica de varredura (MEV). As características localizadas das quatro ligas estão essencialmente relacionadas com a existência de compostos intermetálicos que, devido à sua natureza diferente, podem ser catódicos ou anódicos em relação à matriz de alumínio. Os resultados de corrosão-fadiga mostraram uma ligeira redução no limite de fadiga para as ligas da série 2XXX e 7XXX. Essa redução pode ser atribuída à formação de cavidades de corrosão (pites). Considerando o estágio de propagação de trinca, o ambiente salino aumentou a taxa de crescimento de trinca para um mesmo intervalo de fator de intensidade de tensão. / The aircraft industry is constantly looking for improved materials which offer benefits in terms of performance, weight and cost savings. Corrosion and fatigue of aluminium alloys are major issues in the service life assessment of aircraft structures and in the management of aging air fleets. The aim of this study was to evaluate the corrosion and corrosion fatigue processes of 2198-T851 and 7081-T73511 aluminium alloys, which are promising substitutes for the base line 2524-T3 and 7050-T7451 aluminium alloys normally used in aircraft fabrication. Open circuit potential monitoring (OCP), potentiodynamic polarization, potentiodynamic polarization in rotating cylindrical electrode, eletrochemical impedance spectroscopy (EIS), Scanning vibrating electrode technique (SVET) and Scanning Kelvin Probe (SKP) techniques have been used to clarify and quantify the corrosion mechanisms of these Al alloys. Fatigue and corrosion fatigue tests were carried out an applied stress ratio (R) of 0.1, 15 Hz frequency for air and 0.1 Hz frequency for salt spray using a sinusoidal wave form in all cases. The specimens, before and after corrosion and corrosion-fatigue testing were analyzed using scanning electron microscope (SEM). The localised features of all the four alloys are essentially related to the existence of intermetallics that, due to their different nature, may be cathodic or anodic sites in relation to the Al matrix. SEM and EDS analysis allowed to identify the intermetallics that are more active in determining the corrosion behavior of the specimens. The fatigue corrosion results show a slightly reduction in the fatigue life limit by chloride environment for the 2XXX and 7XXX aluminium alloys in each aged condition might be partially attributed to the formation of corrosion pits. Considering the crack propagation stage, the saline environment increased the fatigue crack growth rate for the same range of stress intensity factor.

Este trabalho apresenta uma revisão sobre vários modelos de propagação de trincas com seqüenciamento de carga, tendo como foco principal aqueles que se encontram implementados em dois pacotes de software, o Crack 2000 e o Nasgro 4.0, sendo este último de larga utilização na indústria aeronáutica para a análise de propagação de trincas. Os modelos em questão são: Wheeler, Modified Willenborg, Generalized Modified Willenborg, Constant Closure e o Strip Yield. São estudados resultados publicados na literatura e também resultados obtidos em ensaios de laboratório realizados neste trabalho. Os resultados de ensaio encontrados na literatura são baseados em vários espectros, que têm o objetivo de ressaltar os efeitos do seqüenciamento de carregamento. Nos ensaios realizados neste trabalho, o objetivo é investigar os efeitos de um espectro real de operação de uma aeronave comercial em componentes estruturais feitos de uma liga de alumínio aeronáutico. Este espectro é baseado na metodologia MiniTWIST, que é uma distribuição de carregamentos baseada nas tensões de raiz de asa encontradas no histórico de serviço de várias aeronaves comerciais. No final deste trabalho é apresentada uma avaliação dos modelos de retardo aplicados e também uma proposta de calibração dos parâmetros principais destes modelos para a utilização em componentes estruturais aeronáuticos sujeitos a espectros de carregamento variáveis encontrados em aeronaves comerciais.

Superfícies da liga AA2024-T3 foram tratadas por quatro pré-tratamentos utilizando diferentes soluções aquosas contendo agentes oxidantes (ácido nítrico e ácido nítrico mais bromato) e/ou complexantes (bromato mais amônia e ácido nítrico mais nitrato de amônio). Posteriormente, essas superfícies foram submetidas a um tratamento com solução aquosa contendo Cr(VI) (ALODINE 1200S) para modificação e conseqüente formação de um filme contendo cromo. Após modificação com solução aquosa contendo Cr(VI), as superfícies pré-tratadas com soluções aquosas contendo oxidantes foram denominadas de ALOD e ALODsa, enquanto que aquelas pré-tratadas com as soluções aquosas contendo complexantes foram chamadas de ALODsb e ALODsaNH4NO3. Ensaios eletroquímicos, de névoa salina, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) foram utilizados para verificar a eficácia de proteção contra corrosão dos tratamentos realizados nas superfícies da liga. Os resultados de EDS mostram uma maior incorporação de cromo nas superfícies cujo poder oxidante da solução utilizada no pré-tratamento da liga de alumínio, antes da modificação com a solução contendo Cr (VI), foi aumentado pela adição de bromato (ALODsa). Os ensaios eletroquímicos mostram que os filmes formados sobre as superfícies ALODsa são os que oferecem melhor proteção da liga quanto à corrosão. Essas superfícies apresentam potencial de corrosão (Ecorr) mais nobres, valores de densidade de corrente de corrosão (jcorr) menores e valores de resistência à polarização (Rp) mais elevados. Os resultados de EIS de superfícies da liga de alumínio AA2024-T3 que sofreram modificação CCC concordam com a tendência observada utilizando ensaios potenciodinâmicos, ou seja, a resistência da reação de transferência, inversamente proporcional ao jcorr, assim como a resistência do filme é maior para as superfícies ALODAsa do que para as demais superfícies. Independente do tipo de pré-tratamento inicial, todas as superfícies modificadas posteriormente com ALODINE 1200S passaram no teste de névoa salina.

Este trabalho teve por objetivo principal verificar a extensão da influência da deformação média na vida em fadiga de baixo ciclo da liga de alumínio AA7175-T1. Devido a sua correlação com a tensão média, verifica-se a validade das equações de Morrow, SWT e Walker. É proposta neste trabalho uma equação que utiliza também a deformação média como parâmetro de cálculo, e esta representa de forma mais adequada o comportamento do material. Para tanto, caracterizou-se a liga AA7175-T1 sob carregamento cíclico, levantando os expoentes e os coeficientes de resistência e ductilidade à fadiga, para previsão da vida em fadiga de baixo ciclo. Os ensaios de tração apresentaram as propriedades mecânicas, tais como a curva monotônica, o coeficiente e o expoente da relação de Ramberg-Osgood. Os ensaios de fadiga geraram curvas de amplitude de deformação pelo número de ciclos até a fratura para diferentes valores de deformações médias. Por meio destas curvas pode-se observar que os valores dos expoentes e dos coeficientes de resistência e ductilidade à fadiga são dependentes do valor de deformação média aplicada nos ensaios. Desta forma, o material estudado foi caracterizado sob fadiga de baixo ciclo para deformação média nula e estes dados foram usados para provar que o parâmetro SWT representa satisfatoriamente os dados de fadiga encontrados, sendo conservativo entre 30 e 1000 ciclos. As equações de Morrow aproximam os dados de deformação média não nula aos de deformação média nula, principalmente aquela referente a SWT, e são conservativas acima de 30 ciclos. Das relações que consideram deformação média através da tensão média, a de Walker é a que melhor representa o comportamento do material independente da deformação média aplicada, acima de 20 ciclos. No entanto, a equação proposta neste trabalho, que apresenta a deformação média como parâmetro de cálculo, caracteriza plenamente o comportamento da liga em estudo para qualquer valor de deformação média.

Este trabalho envolve o tratamento superficial das ligas de alumínio, Al5052, Al7475 e Al2024, empregando a técnica de implantação iônica por imersão em plasma (3IP ou IIIP) de nitrogênio. Os experimentos foram executados no Laboratório Associado de Plasma do INPE usando-se os três sistemas 3IP (baixa, média e alta energia) que atualmente encontram-se em operação. A utilização do 3IP de nitrogênio nas ligas de alumínio teve como finalidade a formação de uma camada de nitreto de alumínio, AlN, que confere às ligas melhores resistência à corrosão, propriedades mecânicas e tribológicas do que o material sem tratamento. Para avaliar as propriedades das superfícies tratadas das ligas de alumínio foram realizadas medidas de polarização potenciodinâmica anódica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopias Auger e XPS, microindentação e nanoindentação. Os experimentos de implantação iônica por imersão em plasma de nitrogênio realizados nas ligas de alumínio, utilizando energias que variaram de 2,5 a 50 keV, foram feitos buscando as condições ótimas para este tratamento nestas ligas de alumínio. A liga mais estudada e na qual foram obtidos os melhores resultados quanto à resistência à corrosão foi a liga Al5052, que apresentou na maioria das vezes densidades de corrente de corrosão bem inferiores às da liga não tratada, cerca de dez até mil vezes menores. Depois da implantação iônica de nitrogênio, as ligas apresentaram camadas nitretadas de 100 a 1000 nm de espessura que promoveram uma maior resistência à corrosão destes materiais. Com relação à dureza, este melhor desempenho não foi verificado para todos os casos estudados, devido às temperaturas atingidas durante alguns dos tratamentos 3IP terem ultrapassado 300 C, resultando no amolecimento das ligas. Entretanto, em um dos tratamentos empregando energia moderada (17,5 keV, 450 C), a camada obtida foi bastante espessa (1000 nm), devido à difusão do nitrogênio para o interior da amostra do Al5052. A formação desta camada passiva rica em nitrogênio tornou a superfície bem mais resistente à corrosão do que antes da implantação iônica.

O processo de estiramento consiste na conformação de chapas, barras e seções laminadas ou extrudadas, pelo "esticamento" do material sobre uma ferramenta (bloco) que contém a forma (linha de sistema) desejada. Este processo é utilizado principalmente na fabricação de peças da indústria aeroespacial. Os materiais empregados são ligas de alumínio, titânio, aço e níquel. O estiramento de chapas de ligas de alumínio, com relação à têmpera do material, pode ser realizado em três condições: com o material recozido (condição "O"), com o material na condição final de têmpera (condição "TXXX"), ou após a solubilização do material (condição "W"). A utilização de uma ou outra condição de estiramento está intimamente ligada à complexidade da geometria da peça, à qualidade da ferramenta de estiramento e aos valores de alongamento da liga. O estiramento com o material recozido (condição "O") apresenta os melhores resultados com relação ao retorno elástico (spring back), mas a conformação total da peça resulta em valores elevados de deformação e um ou todos os problemas podem acontecer: ruptura do material, aparecimento de "estrias" (bandas de Lüders) e cascas de laranja (orange peel). A situação ideal, em termos de custos de fabricação e tempo de execução, seria realizar o estiramento da peça na condição final de têmpera do material (TXXX). Entretanto, quando comparadas com os aços, as ligas de alumínio apresentam valores de alongamento inferiores, o que faz com que este material suporte níveis menores de deformação. Com níveis menores de deformação, o retorno elástico será muito grande e a peça não atenderá aos requisitos de forma (linha de sistema) necessários para uma montagem adequada. Como uma alternativa para os problemas encontrados no estiramento de chapas nas condições "O" e "TXXX", desenvolveu-se uma condição intermediária, chamada de "W". Esta condição é metaestável e é obtida após a solubilização da liga de alumínio. O estiramento das chapas de alumínio, nessa condição metaestável, é uma boa solução para as situações citadas, ou seja, aparecimento de defeitos superficiais (estrias e cascas de laranja) ou elevado retorno elástico ou efeito mola (spring back). Faz-se necessário, entretanto, um conhecimento detalhado do processo de estiramento, para garantir uma faixa de dureza na qual se obtém um resultado adequado. Deve-se estirar a chapa para valores de dureza em que não se obtenham defeitos superficiais ou elevados valores de retorno elástico. Este trabalho indica que o estiramento da liga AA 2024 após a solubilização (condição "W") apresenta valores de retorno elástico inferiores aos apresentados pelas outras condições avaliadas ("O" e "T3"), sem aumento significativo da rugosidade superficial, o que indica menor susceptibilidade ao aparecimento de defeitos superficiais, como a casca de laranja (orange peel).

Neste trabalho a polianilina (PAni) foi sintetizada quimicamente em ácido clorídrico (PAni-HCl) e ácido fórmico (PAni-HCOOH). A PAni-HCl foi submetida a uma desdopagem em hidróxido de amônio (NH4OH), obtendo a correspondente base esmeraldina (PAni-NH4OH). Análises termogravimétricas (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) foram utilizadas para estudar a estabilidade térmica das polianilinas dopadas e desdopadas sintetizadas. Em atmosfera inerte e temperaturas elevadas (temperaturas > 350 C), a estabilidade térmica das polianilinas dopadas (PAni-HCl e PAni-HCOOH) é menor do que a da PAni-NH4OH, enquanto que em atmosfera oxidativa o polímero desdopado perde massa muito mais rapidamente do que os polímeros dopados. As análises de DSC em atmosfera inerte permitem afirmar que o número de processos que ocorrem durante o aquecimento dos polímeros assim como a complexidade dos mesmos é bem maior nas PAnis dopadas do que na PAni desdopada. Espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e espalhamento Raman foram utilizadas para investigar as composições e estruturas das polianilinas dopadas e desdopadas e do filme em multicamadas depositado sobre superfícies da liga AA2024. Os resultados dos espectros de FTIR mostram que o grau de oxidação na PAni-HCOOH é um pouco menor do que aquele da PAni-HCl. Os resultados de Raman permitem afirmar que todas as polianilinas obtidas neste trabalho apresentam segmentos de estrutura bipolarônica na cadeia polimérica, entretanto a quantidade desses segmentos é maior na PAni-HCOOH e maior ainda no filme em multicamadas PVSS / PAni. A polianilina desdopada (PAni-NH4OH), foi dissolvida/re-dopada em solução aquosa de ácido fórmico e a PAni (PAni-HCOOH), um policátion e Poli (Vinil-Sulfonato de Sódio) (PVSS) um poliânion, foram utilizados para a formação de filmes com um número n= 0, 1, 5, 8-10 e 15 bicamadas PVSS / PAni na superfície da liga AA2024, utilizando a técnica camada por camada. A corrosão das superfícies da liga AA2024 revestidas com diferentes números de bicamadas foi investigada em soluções aquosas de NaCl 0,1 mol L-1 usando as técnicas de polarização, cronoamperometria e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Superfície revestida com 08 bicamadas automontadas apresentou maior resistência à corrosão no meio contendo cloreto. A capacitância dos filmes contendo 10 bicamadas automontadas é maior do que a dos filmes contendo 08 bicamadas e a resistência de transferência de carga (RCT) das superfícies revestidas com filmes de 10 bicamadas automontados é menor do que a com filmes de 08 bicamadas automontadas. Os modelos propostos de circuitos elétricos equivalentes são adequados para explicar o comportamento das superfícies da liga AA2024 com e sem revestimentos. Adicionalmente, os filmes automontados com 08 bicamadas recobrindo a superfícies da liga AA2024 apresentam muitos buracos, enquanto que os filmes compostos por 10 bicamadas automontadas são mais homogêneos, mas apresentam rachaduras profundas. A morfologia dos filmes em multicamadas formados sobre as superfícies da liga de alumínio foi investigada utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV). Perfilometria óptica também foi utilizada para investigar a morfologia e medir a espessura dos filmes em multicamadas formados sobre a liga de alumínio. As superfícies da liga AA2024 recobertas com 08 bicamadas de PVSS / PAni são bastante uniformes e rugosas e a espessura do filme com este numero de bicamadas de PVSS / PAni é cerca de 200 nm.

Faz-se no presente trabalho um estudo de Integridade Estrutural em junções de liga de Alumínio aeronáutico soldadas por FSW. O material estudado foi a liga de alumínio AA2024-T3 em chapas finas com e sem a camada protetora de clad. As chapas AlClad foram submetidas a um processo de remoção do clad previamente ao processo de soldagem. Trabalhou-se com ligas nas espessuras de 0,65mm , 0,80mm , 1,15mm , 1,30mm , 1,45mm e 1,60mm . Para efeitos de comparação também se operou com chapa de liga de alumínio AA7475-T7 na espessura 1,3mm. Um extenso programa de ensaios foi levado a cabo, contando com testes metalográficos, perfis de dureza (microindentação), ensaios de tração, ensaios de fadiga, testes de tenacidade à fratura, e ensaios de propagação de trinca. Os resultados foram compilados, avaliados e comparados com resultados de outros autores. Propõe-se neste trabalho uma abordagem qualitativa para melhor compreensão dos efeitos da tensão residual, e também se propõe uma abordagem matemática para entendimento do comportamento estático da junta, varrendo os campos elástico e plástico, sempre com abordagem linear. Faz-se também uma análise crítica de integridade estrutural da junta FSW, sempre voltada à aplicação aeronáutica.