Revestimentos de zinco obtidos por imersão a quente têm sido amplamente utilizados em estruturas expostas em solos, águas naturais e atmosfericamente, devido a excelente resistência em meios de baixa agressividade. Nessas aplicações, as arestas de corte ficam expostas e estão mais susceptíveis à corrosão. Objetivando relacionar a microestrutura dos revestimentos com técnicas de microssondas eletroquímicas, para melhor entender os processos corrosivos de aços galvanizados, buscou-se uma nova metodologia para ampliar as fases e obter uma estrutura em camadas. Para a caracterização da morfologia dos revestimentos obtidos pelo processo de galvanização por imersão a quente (galvanized, galvannealed e galvalume) utilizou-se microscopia óptica e eletrônica de varredura com microanálise. Para verificar e analisar os mecanismos de corrosão das fases presentes nos revestimentos de zinco de forma localizada empregou-se a técnica de varredura por eletrodo vibratório (SVET) e microcélula capilar (MEC), e de forma complementar, para identificar os produtos de corrosão formados utilizou-se micro difração de raios X (μ-DRX). Os resultados demonstraram que a metodologia empregada neste estudo é adequada para avaliar as fases de forma individual ou conectadas galvanicamente, e assim identificar as fases mais ativas durante os processos corrosivos. Os resultados obtidos por microcélula complementam os mapeamentos de densidade de corrente obtidos por eletrodo vibratório, mostrando que os intermetálicos permanecem estáveis após os ensaios e a região mais ativa é o revestimento não intemperizado (polido) próximo à interface aço/revestimento. O revestimento que apresentou melhor resistência à corrosão em soluções contendo cloreto foi o Zn55Al. O espectro μ-XRD para o revestimento galvanized, indica a presença das fases zincita e Fe-α sobre o aço IF (interstitial free), mostrando que sob condições de OCP a superfície de aço IF foi protegida pelo revestimento apesar da sua grande área. Esta precipitação pode ainda proteger áreas de aço expostas aonde o revestimento foi danificado por arranhões ou na aresta de corte. / Hot-dip zinc coatings have been widely used in structures exposed to soils, natural water and atmosphere due to their excellent resistance in low aggressive media. In such applications, the cutting edges are exposed and more susceptible to corrosion. In order to correlate the microstructure of the coating with electrochemical microprobe techniques, a new methodology was developed to amplify the size of the phases and to obtain a layered structure. Optical microscopy and scanning electron microscopy were used to characterize the morphology of the coatings obtained by the hot dip galvanization process (galvanized, galvannealed e galvalume). Scanning vibrating electrode technique (SVET) and capillary microcell (MEC) were used to identify and study the corrosion mechanisms of the phases present in zinc coatings. The corrosion products were identified by X-ray micro-diffraction (μ-XRD). The results demonstrated that the methodology employed in this study is adequate to evaluate the phases individually or galvanically connected, thus identifying the most active phases during the corrosive processes. The results obtained by microcell complement the current density mappings obtained by vibrating electrode, showing that the intermetallics remain stable after the analysis and the most active region is the not wedered coating near the steel/coating interface. The coating that showed the best corrosion resistance in solutions containing chloride was the Zn55Al. The μ-XRD spectrum for the galvanized coating indicates the presence of zincite and Fe-α on the IF steel (interstitial free), showing that under OCP conditions the IF steel surface was protected by the coating despite its large area. This precipitation can further protect exposed steel areas where the coating has been damaged by scratches or at the cutting edge.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoMarcellusFontenelle.pdf: 6956471 bytes, checksum: a5caf60235719c9a31e6bd7435fd0c58 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Biogas is a product of residual biomass from agriculture, which can increase the value to the end product of this activity, being used as a heat source in steam boilers, in small slaughterhouses or micro-plants of milk. The presence of hydrogen sulfide in biogas in natura composition causes an accelerated corrosion of the structural elements of these boilers, reducing its lifespan and compromising the safety of the workers close to it. This study evaluates the corrosion process caused by the presence of hydrogen sulfide in biogas in natura in steels commonly used in the construction of steam generating boilers, simulating the conditions close to those encountered in the application of these materials, exposing specimens directly to the biogas in natura, flaming combustion and also to the gases from the combustion of this biogas, in the chimney. After three different periods of exposure, the samples were evaluated for weight loss, establishing a correlation between the time of exposure and the loss of mass by a corrosion rate. After 314 hours of exposure under the specified conditions, the corroded surfaces of ASTM A178 and ASTM A516 steel were analyzed, by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and surface hardness, observing that the corrosion process which were submitted does not cause significant changes in the crystalline structure of the materials and that the corrosion of the materials exposed directly to the flame reduces the surface hardness of these materials where we saw the presence of cementite layer. The determination of corrosion rates for each test condition and each test material can be used as a parameter for determining the minimum allowance for mechanical stability, used as a factor "C" in calculating the minimum required thickness of the structural elements (cylindrical hull, mirrors and tubes) of the steam boilers, determined by the ASME Code, section I. Corrosion rates are not constant and may have a tendency to reduce over long exposure time, and are strongly influenced by thermal stress, due to the amount of heating and cooling cycles applied to the material exposed directly to the combustion's flame of biogas. / O biogás é um produto da biomassa residual da atividade agrícola, que pode aumentar o valor agregado ao produto final desta atividade, sendo aproveitado como fonte de calor em caldeiras geradoras de vapor, a ser utilizado em pequenos abatedouros ou micro-usinas de leite. A presença do sulfeto de hidrogênio, na composição do biogás in natura ocasiona um acelerado processo de corrosão dos elementos estruturais destas caldeiras, reduzindo sua vida útil e comprometendo a segurança das pessoas que trabalhem próximas à esta caldeira. Este estudo avalia o processo de corrosão provocado pela presença do sulfeto de hidrogênio no biogás in natura nos aços comumente utilizados na construção de caldeiras geradoras de vapor, simulando as condições próximas daquelas encontradas na aplicação destes materiais, expondo corpos de prova diretamente ao biogás in natura, à chama da combustão e também aos gases resultantes da combustão deste biogás, na chaminé. Após três diferentes períodos de exposição, os corpos de prova foram avaliados quanto à perda de massa, estabelecendo correlação entre o tempo de exposição e a perda de massa, por uma taxa de corrosão. Após 314 horas de exposição nas condições especificadas, foram analisadas as superfícies corroídas dos aços ASTM A178 e ASTM A516, por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e a dureza superficial, observando que o processo de corrosão ao qual foram submetidos, não provoca alteração significativa na estrutura cristalina dos materiais e que a corrosão dos materiais expostos diretamente à chama reduz a dureza superficial destes materiais, onde foi observada a presença de camadas com predominância de cementita. A determinação das taxas de corrosão, para cada condição de teste e cada material testado pode ser utilizada como parâmetro para determinação da tolerância mínima para estabilidade mecânica, empregada como fator C no cálculo da espessura mínima requerida dos elementos estruturais (casco cilíndrico, espelhos e tubos) de caldeiras geradoras de vapor, determinado pelo código ASME, seção I. As taxas de corrosão não são constantes, podendo apresentar tendência de reduzir ao longo do tempo de exposição, além de serem fortemente influenciada pelo estresse térmico , decorrente da quantidade de ciclos de aquecimento e resfriamento, aplicado ao material exposto diretamente à chama da combustão do biogás.

O processo de deposição de uma fina camada de zinco sobre o aço carbono por imersão a quente e posterior tratamento térmico gera como produto o aço galvannealed. O baixo custo do zinco e o fácil processo de aplicação faz com que o maior consumo deste metal seja aplicado na proteção da superfície do aço carbono de um meio agressivo a que ele esteja exposto. Esta camada de zinco não pode ser muito espessa, pois limita a soldabilidade, dificulta o acabamento após pintura e limita a aderência de tintas à superfície. Essa condição da fina espessura da camada de zinco depositada sobre o aço carbono torna necessário o desenvolvimento de revestimentos com espessuras menores, com melhores propriedades de dureza, ductilidade e resistência à corrosão mais elevada. Sendo assim, a superfície de zinco tem de ser pré tratada com a fosfatização e cromatização antes que as tintas possam ser devidamente aplicadas. No entanto, estes processos de pré-tratamento vêm sendo questionados devido à sua toxidade e agressividade ao meio ambiente, levando o seu uso a ser menos frequente por meio do desenvolvimento de novos processos e compostos. Alguns destes compostos estudados são os inibidores de corrosão à base de silanóis, cujo desenvolvimento e aplicação busca a baixa toxicidade, a exigência de serem ecologicamente corretos e a alta eficiência. Quando exposto em meios ácidos, o processo de corrosão para o aço galvannealed pode ser acentuado e dessa maneira, o uso de soluções aquosas de silanos organofuncionais hidrolisados em pH ácido vem sendo promissor como promotores de aderência e como inibidores de corrosão. O número de estudos publicados para o uso de silanóis adicionados diretamente no meio agressivo para a formação de filmes adsorvidos no metal protegendo-o contra a corrosão ainda é baixo, devido seu caráter inovador. Neste estudo, caracterizou-se o uso do sulfossilanol obtido a partir da hidrólise em meio ácido (pH 4,0) do silano NXT (3 - octanoiltio - 1 - propiltrietoxisilano) como inibidor de corrosão para o aço galvannealed, zinco puro e aço carbono em meio ácido (pH 5,0) de NaCl 0,1 mol L-1. Escolheu-se o zinco puro e o aço carbono para estudo pois seus átomos de zinco e ferro são constituintes da liga Fe-Zn do aço galvannealed, de maneira a se observar a adsorção do sulfossilanol em diferentes superfícies. Por meio de técnicas eletroquímicas como a técnica de varredura por eletrodo vibratório (SVET), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), curvas de polarização, medida da resistência de polarização linear (Rp) foi possível verificar que o sulfossilanol estudado atua como inibidor de corrosão para o aço galvannealed, se mostrando promissor para o zinco. Através deste estudo verificou-se que o inibidor de corrosão em questão atuou principalmente na inibição das regiões ricas em zinco, já que a avaliação isolada dos metais constituintes do aço galvannealed mostrou melhores resultados para o zinco do que para o ferro. A partir disto, estudou-se por meio de técnicas eletroquímicas em meio ácido (pH 5,0) de NaCl 0,1 mol L-1, outro inibidor de corrosão clássico para aço carbono contendo também o enxofre em sua molécula, o 2 - mercaptobenzotiazol (MBT) com o intuito de comparar a eficiência da inibição da corrosão para o aço galvannealed com um inibidor clássico para ferro e o sulfossilanol, já que o aço galvannealed possui áreas ricas em ferro. O estudo evidenciou que tanto o sulfossilanol, como o MBT são bons inibidores para o aço galvannealed, sendo o sulfossilanol um excelente inibidor para zinco e o MBT um excelente inibidor para o ferro. / The process of deposition of a thin layer of zinc on carbon steel by hot immersion and subsequent heat treatment generates as product the galvannealed steel. The low cost of zinc and the easy application process leads to high consumption of this metal for carbon steel surface protection from an aggressive medium. This layer of zinc cannot be too thick because it limits the weldability, hinders the finish after painting and limits the adhesion of paints to the surface. This condition of the thin thickness of the zinc layer deposited on the carbon steel requires the development of coatings having smaller thicknesses with better hardness, ductility and higher corrosion resistance properties. Thus, the zinc surface must be pre-treated with the phosphatization and chromatization before painting. However, these pretreatments processes have been questioned because of their toxicity and aggressiveness to the environment, making their use less frequent with the development of new processes and compounds. Some of these compounds studied are silane-based corrosion inhibitors, whose development and application seek the low toxicity, the requirement of being environmentally correct and the high corrosion inhibition efficiency. When exposed in acidic media, the corrosion process for galvannealed steel can be accentuated and, in this way, the use of aqueous solutions of hydrolyzed organofunctional silanes has been promising as adhesion promoters and as corrosion inhibitors. The number of published studies for the use of sulfur silanol added directly in the aggressive medium for the formation of adsorbed films in the metal protecting it against corrosion is still low due to its novelty. In this study, the use of the sulfur silanol obtained from acid hydrolysis (pH 4.0) of NXT (3-Octanoylthio-1 propyltriethoxysilane) silane as a corrosion inhibitor for galvannealed steel, metallic zinc and carbon steel (pH 5.0) in 0.1 mol L-1 NaCl. Zinc and carbon steel were also chosen for this study because they are constituents of the Fe-Zn alloy phases present in galvannealed steel. By means of electrochemical techniques such as the scanning vibrating electrode (SVET), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), polarization curves and linear polarization resistance (Rp) measurements, it was possible to verify that the evaluated sulfur silanol acts as a corrosion inhibitor for galvannealed steel. In this study, it was also verified that the corrosion inhibitor in question acted mainly in the inhibition of zinc rich regions or phases, since the isolated study of the constituent metals of the galvannealed steel showed better results for pure zinc than for iron. From this, it was studied by means of electrochemical techniques in acidic environment (pH 5,0) of 0,1 mol L-1 NaCl, another classic corrosion inhibitor for carbon steel also containing the sulfur in its molecule, 2 - mercaptobenzothiazole (MBT) in order to compare the corrosion inhibition efficiency for galvannealed steel with a classical inhibitor for iron and sulfur silanol, since galvannealed steel has iron rich areas. The study showed that both sulfur silanol and MBT are good inhibitors for galvannealed steel, with sulfur silanol being an excellent inhibitor for zinc and MBT being an excellent inhibitor for iron.

A aplicação de uma ou mais camadas de tinta sobre as superfícies metálicas é a maneira mais comum e eficaz de proteger os substratos metálicos contra o fenômeno da corrosão. No entanto, os sistemas de pintura podem vir a falhar precocemente por diferentes motivos, causando um ataque corrosivo inesperado no metal a ser protegido. Por esta razão, o processo de repintura em estruturas metálicas é realizado frequentemente para garantir a integridade da estrutura pintada e aumentar sua vida útil. Como o processo de repintura gera impactos econômicos e ambientais, sistemas de pintura capazes de sofrerem uma reparação sem a necessidade de uma intervenção humana, precisam ser desenvolvidos. O encapsulamento de agentes de reparação, com propriedades de formação de filme, em microcápsulas poliméricas é uma excelente alternativa para que os sistemas de pintura se autorreparem, aumentando os intervalos de repintura. Após o processo de encapsulamento, as microcápsulas contendo o agente de reparação são incorporadas na preparação da tinta, para que o sistema de pintura seja aplicado sobre a estrutura metálica. Este tipo de aditivação confere ao revestimento a propriedade de autorreparação, pois quando o sistema de pintura é danificado as microcápsulas são rompidas e liberam o agente de reparação no local danificado, protegendo novamente o substrato metálico. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema autorreparador monocomponente, através do microencapsulamento de uma resina a base de éster de epóxi, pelo método de polimerização in-situ. Também foi desenvolvido um sistema autorreparador bicomponente, através do microencapsulamento de uma resina a base de epóxi, pelo método de emulsão e polimerização in-situ de ureia-formaldeído-melamina e do seu endurecedor a base de poliamida, pelo método de extração de solvente em paredes de poliestireno. Foi realizado um planejamento estatístico para estudar a emulsão precursora das microcápsulas de poli(ureia-formaldeído-melamina) contendo o sistema monocomponente, onde foram estudados: o tipo e a velocidade de agitação, a presença de cloreto de sódio na formulação, o uso de uma sonda ultrassônica após a etapa de dispersão, a concentração de tensoativo na formulação e o tensoativo utilizado. Como variáveis de resposta foram determinadas: a estabilidade visual das emulsões e o diâmetro das gotículas formadas. A melhor condição de emulsificação determinada foi utilizada para a obtenção das microcápsulas de poli(ureia-formaldeídomelamina) contendo a resina éster de epóxi e das microcápsulas de poli(ureiaformaldeído-melamina) contento a resina epóxi. Entre as condições de emulsificação estudadas, apenas a condição utilizando o tensoativo goma arábica possibilitou a obtenção das microcápsulas de poli(ureia-formaldeído-melamina) na faixa de diâmetro desejada. O método escolhido para o encapsulamento do endurecedor possibilitou a obtenção de microcápsulas de poliestireno, porém com uma baixa capacidade de armazenamento. A liberação dos agentes de reparação encapsulados foi observada pela microscopia óptica e comprovada pela técnica de espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e pela técnica de espectroscopia Raman. Os aditivos autorreparadores desenvolvidos (mono e bicomponente) foram adicionados separadamente em uma tinta epóxi, nas proporções mássicas em base seca de 10 e 15 %. O sistema de pintura foi aplicado em um esquema de três camadas e o aditivo de autorreparação foi incorporado na primeira e/ou segunda camada aplicada. O sistema de pintura contendo o aditivo autorreparador monocomponente apresentou um aspecto visual melhor do que o sistema de pintura contendo o aditivo autorreparador bicomponente, porém o sistema bicomponente forneceu melhores propriedades de aderência, de impermeabilidade, anticorrosivas e de autorreparação à tinta aditivada. As medidas com as técnicas eletroquímicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e de varredura com eletrodo vibratório (SVET) comprovaram que os dois aditivos desenvolvidos proporcionaram o efeito autorreparador aos sistemas de pintura aditivados, quando estes foram danificados mecanicamente com uma microbroca ou com um estilete. Ensaios acelerados de corrosão em câmara de névoa salina e ensaios de exposição ao intemperismo natural mostraram que os aditivos desenvolvidos promoveram uma proteção adicional ao aço carbono, quando o sistema de pintura foi danificado mecanicamente. / The application of one or more coating layers on the metallic surfaces is the most common and effective way to protect metallic substrates against corrosion. Nevertheless, the coating layer may fail early for different reasons, leading to an unexpected corrosive attack on the protected metal. For this reason, the coating repair process is performed to ensure the integrity during the service life of the coated metallic structures. Due to the fact that coating repair process generates economic and environmental impacts; there is a great need for the development of systems capable to repair themselves, without human intervention. The encapsulation of repairing agents, with film forming properties, in polymeric microcapsules is an excellent alternative to the coating self-repair, decreasing the coating repair process frequency. After the encapsulation process, the microcapsules containing the repair agent are incorporated into the paint preparation and the coating system could be applied normally to the metallic surface. This kind of additivation confers to the coating the self-healing property, because when the coating system is damaged the microcapsules suffers a rupture and release the repair agent into the damaged site, protecting the metallic substrate from corrosion. In this work, a mono-component self-healing system was developed, through the microencapsulation of an epoxy ester resin, by the in-situ polymerization method. A bi-component self-healing system was also developed, by the microencapsulation of an epoxy resin, through the emulsion and in-situ polymerization method and by the microencapsulation of a polyamide hardener, by the double emulsion and solvent extraction method. A factorial design was developed to study the precursor emulsion of the poly (urea-formaldehyde-melamine) microcapsules containing the monocomponent system, where the studied factors were: the type and speed of the agitation, the presence of sodium chloride in the formulation, the use of an ultrasonic probe after the emulsification, the surfactant type and concentration. The analyzed response variables were: the visual stability of the emulsions and the mean diameter of the formed droplets. The best obtained emulsification conditions were employed to produce the poly(urea-formaldehyde-melamine) microcapsules containing the epoxy ester resin and poly(urea-formaldehyde-melamine) microcapsules containing the epoxy resin. Among the studied emulsification conditions, only using arabic gum surfactant the poly (urea-formaldehyde-melamine) microcapsules were obtained. The selected method for the hardener encapsulation was efficient to obtain polystyrene microcapsules, but with low loading capacity. The release of the encapsulated repair agents was observed by optical microscopy and confirmed by infrared spectroscopy (FTIR) technique and Raman spectroscopy technique. The developed self-healing additives (mono and bicomponent) were added separately in an epoxy commercial coating, using the dry mass ratios 10% and 15 %. The coating system was applied in a three layer coating system and the self-healing additive was incorporated into the first and/or second layer. The coated samples containing the mono-component additive had a better visual appearance than the bi-component additive system; nevertheless the bi-component system provided better adhesion, impermeability, anti-corrosion and self-healing properties to the doped coating. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and scanning vibrating electrode technique (SVET) measurements proved that the two developed additives provided self-healing properties to the doped coating systems, when they were mechanically damaged with a micro drill or a blade. Accelerated corrosion tests in the salt spray chamber and natural atmospheric corrosion tests showed that the developed additives provided an additional protection to the carbon steel, when the coating system has been mechanically damaged.

Aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) têm sido bastante utilizados na fabricação de tubulações para o transporte de petróleo e gás. Entretanto, o uso destes materiais em meios com elevadas concentrações de H2S, denominados sour, tem resultado em falhas frequentes, devido à suscetibilidade destes materiais ao desenvolvimento do fenômeno de trincamento induzido pelo hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking - HIC), assim como devido a problemas de corrosão. O desenvolvimento de diferentes processos tecnológicos para a produção de tubos de aços ARBL, tais como a laminação controlada e resfriamento acelerado, a adição de microligantes, assim como a diminuição do teor de enxofre, fósforo, carbono e manganês, tem levado à elaboração de materiais com propriedades mecânicas otimizadas, permitindo também um melhor controle da microestrutura. As perdas de dureza e resistência mecânica devidas à redução do teor de manganês, são compensadas pela adição de elementos como cromo e nióbio. Neste trabalho estão sendo comparadas a resistência à corrosão e os parâmetros de permeabilidade do hidrogênio de dois tubos de aço API 5L X65 e uma chapa API 5L X65, todos do tipo ARBL e com baixo manganês (0,27%) e alto nióbio (0,083% a 0,090%), na solução B da norma NACE, TM-0284 (2011). Para isto, foram realizados ensaios de potencial de circuito aberto (Open Circuit Potential - OCP), espectroscopia de impedância eletroquímica (Electrochemical Impedance Spectroscopy - EIS) e curvas de polarização potenciodinâmicas no eletrólito naturalmente aerado, desaerado e saturado com H2S. Os testes de permeabilidade do hidrogênio foram realizados com base na norma ASTM INTERNATIONAL G148 - 97, porém usando a célula modificada de DEVANATHAN e STACHURSKY (1962) e com H2S como veneno catódico. Os materiais foram caracterizados por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de Raios-X (X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy - EDS) antes e depois de testes de imersão nos diferentes eletrólitos. Caracterização dos produtos de corrosão por difração de raios-X (DRX) também foi realizada após imersão em meio saturado com H2S (sour). As análises por MO e MEV mostraram matrizes ferríticas para os três aços, com a presença de baixos teores do microconstituinte martensita/austenita (M/A), de perlita e com baixo nível de inclusões uniformemente distribuídas e com composições químicas semelhantes. Os resultados dos ensaios de corrosão mostraram que, para todos os meios investigados, o aço denominado como B apresentou a melhor resistência à corrosão, enquanto aquele denominado como C se mostrou o mais suscetível em todas as condições estudadas. Para os três aços, a resistência à corrosão apresentou a seguinte ordem crescente de acordo com o meio de exposição: meio saturado com H2S < meio naturalmente aerado < meios desaerados. Ensaios de OCP e EIS no meio saturado com H2S em um período de 24h mostraram que a resistência à corrosão aumenta com o tempo em razão da formação de uma camada de sulfeto de ferro, que, no entanto, se apresentou pouco aderente. Os resultados dos ensaios de permeação de hidrogênio mostraram que o aço denominado B, que apresentou maior resistência à corrosão em todos os meios e que não apresenta perlita em sua microestrutura, teve o maior valor de difusividade efetiva de hidrogênio, menor concentração de hidrogênio atômico na sub-superfície e menor quantidade de traps por unidade de volume. Quanto aos outros dois materiais, os resultados dos testes de permeabilidade ficaram em desacordo com os resultados da caracterização microestrutural e dos testes de resistência à corrosão, indicando que fatores diferentes dos detectados neste estudo são importantes para governar essas propriedades. / High strength low alloy (HSLA) steels have been widely used in the manufacture of pipelines for the transport of oil and gas. However, the application of these steels in media with high H2S concentrations, denominated sour, has resulted in frequent failures due to the susceptibility of these materials to the development of Hydrogen Induced Cracking (HIC) phenomena, as well as due to corrosion problems. The development of different technological processes for HSLA piping production, like controlled rolling and accelerated cooling, the addition of microalloying elements, as well as the reduction of the amounts of sulphur, phosphorus, carbon and manganese, has led to the development of materials with optimized mechanical properties, also allowing a better microstructural control. Hardness and mechanical resistance reduction due to the lowering of Mn content are compensated by niobium and chromium addition. In this work, the corrosion resistance and the hydrogen permeability parameters of two API 5L X65 steel tubes and an API 5L X65 plate, all HSLA type and with low manganese (0.27%) and high niobium (0.083% to 0.090%) contents, are compared in solution B of NACE standard TM-0284 (2011). For this, open circuit potential (OCP), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization curves were carried out in the naturally aerated, deaerated and H2S saturated electrolyte. Hydrogen permeability tests were performed based on ASTM INTERNATIONAL G148-97, but using a modified DEVANATHAN and STACHURSKY (1962) cell and with H2S as cathodic poison. The materials were characterized by means of optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) prior and after immersion tests in the different electrolytes. Characterization of the corrosion products by X-ray diffraction (XRD) was also performed after immersion in the H2S-saturated (sour) medium. The OM and SEM characterization showed ferritic matrices for the three steels, with the presence of low levels of the martensite/austenite (M/A) microconstituent, perlite and with a low level of inclusions evenly distributed and with similar chemical compositions. The results of the corrosion tests showed that, for all investigated media, the steel denominated as B presented the best resistance to corrosion, whereas the one denominated as C showed to be the most susceptible in all the conditions studied. For the three steels, the corrosion resistance showed the following ascending order according to the exposure medium: H2S saturated < naturally aerated medium < deaerated media. OCP and EIS tests in the H2S-saturated medium in a period of 24 hours showed that the corrosion resistance increases over time due to the formation of an iron sulphide layer, which, however, presented little adhesion. The results of the hydrogen permeation tests showed that the steel denominated B, that presented greater corrosion resistance in all media and that does not present perlite in its microstructure, had the highest values of effective hydrogen diffusivity, the lowest concentration of atomic hydrogen in the subsurface and the smallest amount of traps per unit volume. Concerning the other two materials, the results of the permeability tests were at variance with the results of the microstructural characterization and corrosion resistance tests, indicating that factors other than those detected in this study are important to govern such properties.

Aluminium alloys are widely used in the aerospace industry due to their lightweight and high specific strength. However, these alloys are particularly sensitive to localized corrosion in chloride environments and need to be protected by a robust system. One of the protection methodologies consists in anodizing. The produced layer increases the corrosion resistance and also serves as anchoring site for organic coatings application. Chromium-based anodizing has been usually employed, nevertheless, as chromate compounds are toxic for health and the environment, chromium-based surface treatments will be prohibited in the aerospace industry in a near future. Tartaric-sulphuric acid (TSA) anodizing is a promising environment compliant alternative, which is already being used at industrial level with appropriate corrosion protection and paint adhesion properties. This study aims at proposing a hybrid sol-gel treatment after TSA anodizing of AA2524 specimens in order to improve the corrosion resistance of the anodized layer while maintaining its compatibility with organic coatings. For this, anodic aluminium oxides (AAO) were produced at different anodizing voltages and protected by dip-coating with a hybrid sol-gel layer obtained from a tetraethoxysilane (TEOS) and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) hydrolysis solution with high water content. Corrosion resistance evaluation was carried out by means of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in NaCl 0.1 mol L-1 and salt-spray chamber exposure (ASTM B117-11 standard). The morphology of the anodic porous layer was investigated by means of FE-SEM, whereas glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES) was employed to evaluate the distribution of the sol-gel layer within the porous AAO. FE-SEM characterization confirmed that the layer properties (pore distribution, porosity and thickness) were strongly dependent on the anodizing conditions, whereas GDOES depth profile showed penetration of the hybrid coating within the pores of the anodized layer. The two characterization techniques showed inefficient surface sol-gel coverage for the samples anodized at higher voltage, likely due to insufficient sol-gel deposition. The results of the EIS characterization tests up to 1008 h (42 days) showed that, irrespectively to the anodizing voltage, the hybrid sol-gel protected AAO was stable with only slight evolution of the diagrams with immersion time. Moreover, the hybrid coating protected samples presented higher low frequency impedance modulus than hydrothermally sealed (HTSed) reference TSA anodized samples, which was confirmed by electrical equivalent circuit (EEC) fitting of the EIS data. EEC fitting also revealed that the resistance of the pores to electrolyte penetration was increased by the application of the sol-gel coating when compared to the resistance of the HTSed reference samples and indicated better anticorrosion performance for the sample anodized at 16 V. These results were confirmed by the salt-spray tests. Investigation on the ageing of the hybrid sol-gel hydrolysis solution showed that its viscosity hardly changed up to two weeks of test and that hybrid coatings applied from these solutions were stable and afforded good corrosion protection to the TSA anodized substrate, an improvement of the anticorrosion properties of the hybrid coating was verified for an ageing time of 168 h. Preliminary tests performed with a solvent-free organic coating (epoxy) indicated good compatibility with the hybrid TEOS-GPTMS coating characterized by very high impedance and good stability upon exposure to the salt-spray chamber. / Ligas de alumínio são muito utilizadas na indústria aeronáutica por serem materiais leves e altamente resistentes. Porém, essas ligas são particularmente sensíveis à corrosão localizada em meios que contêm cloretos, e precisam de sistemas robustos de proteção. Uma das metodologias de proteção consiste em anodização. A camada produzida aumenta a resistência à corrosão e também serve como sítio de ancoragem para aplicação de revestimentos orgânicos. A anodização crômica tem sido usualmente empregada na indústria aeronáutica. No entanto, como compostos contendo íons cromato são tóxicos para a saúde e para o meio-ambiente, tratamentos de superfície à base de cromo serão proibidos na indústria espacial em um futuro próximo. Anodização em banho de ácido sulfúrico-tartárico (TSA) é uma alternativa promissora e ambientalmente compatível, a qual já está sendo usada industrialmente com apropriada proteção à corrosão e adesão para pintura. Este estudo tem como objetivo propor um tratamento utilizando um revestimento híbrido sol-gel para melhorar a resistência à corrosão da liga AA2524 anodizada em TSA e que mantenha sua compatibilidade com revestimentos orgânicos. Para isso, camadas anodizadas de alumínio (CAA) foram produzidas em diferentes voltagens e protegidas por camada de híbrido sol-gel obtida pela hidrólise de tetraetilortosilano (TEOS) e glicidóxipropiltrimetóxisilano (GPTMS) em solução com alto teor de água e aplicada pela técnica de dip-coating. A avaliação da resistência à corrosão foi realizada através de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) em NaCl 0,1 mol.L-1 e por exposição à câmara de névoa salina (norma ASTM B117-11). A morfologia da camada porosa foi investigada por MEV e a espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES) foi empregada para avaliar a distribuição do híbrido sol-gel no interior dos poros da camada porosa. As caracterizações por MEV confirmaram que as propriedades da camada (distribuição dos poros, porosidade e espessura) são fortemente dependentes das condições de anodização, e a composição em profundidade obtida por GDOES mostrou que o revestimento híbrido penetrou nos poros da camada anodizada. As duas técnicas de caracterização mostraram uma cobertura ineficiente da camada sol-gel para as amostras anodizadas nas voltagens mais elevadas, provavelmente devido à deposição insuficiente do híbrido. Os testes de EIS com duração de até 1008 h (42 dias) mostraram que, independentemente da voltagem de anodização empregada, a camada anódica coberta com sol-gel ficou estável ocorrendo apenas pequenas evoluções dos diagramas com o tempo de imersão. Além do mais, as amostras protegidas com o revestimento híbrido apresentaram maiores valores de módulo de impedância em baixa frequência do que as amostras anodizadas em TSA e hidrotermicamente seladas (HTsed) usadas como referências. Essa tendência foi confirmada pelo ajuste com circuitos elétricos equivalentes (EEC) dos resultados de EIS que também mostrou que a aplicação do sol-gel híbrido torna mais difícil a penetração do eletrólito agressivo nos poros da camada anodizada quando comparada com as amostras HTSed, e indicou melhor desempenho anticorrosivo para a amostra anodizada em 16 V. Esses resultados foram confirmados pelos testes de névoa salina. A investigação do envelhecimento da solução de sol-gel mostrou pouca mudança na viscosidade da solução de hidrólise em duas semanas de testes e que os revestimentos híbridos aplicados a partir dessas soluções foram estáveis e promoveram boa proteção à corrosão para as amostras anodizadas em TSA, com melhora das propriedades anticorrosivas após 168 h de envelhecimento. Testes preliminares realizados com revestimento orgânico livre de solvente (epóxi) indicaram boa compatibilidade deste com o revestimento híbrido TEOS-GPTMS. O revestimento epóxi propiciou valores de módulo de impedância elevados e estáveis e também boa estabilidade após exposição à câmara de névoa salina quando aplicado sobre o revestimento híbrido aplicado sobre a liga 2524.

Este estudo tem como objetivo a modificação da superfície de revestimentos poliméricos utilizando plasma, com o intuito de se criar materiais com superfícies resistentes a corrosão química e com baixa energia de superfície. Além disso, durante o trabalho foram estudadas diferentes maneiras de se viabilizar a aplicação em compartimentos de armazenamento e dutos de transporte de petróleo de modo a evitar a corrosão e diminuir a criação de depósitos de parafina e outras substâncias nas paredes dessas estruturas metálicas. Durante o projeto foi constatada a possibilidade de utilização dos processos estudados também em outras aplicações eletroquímicas, como por exemplo, a modificação da superfície de membranas seletivas. Portanto, a idéia geral do trabalho é a criação e modificação de materiais com características específicas para aplicações eletroquímicas, tendo como foco principal a proteção contra a corrosão e geração de filmes poliméricos com funções especiais. Para isso, foram estudadas a fluoração das superfícies de camadas poliméricas utilizando-se de um ambiente reativo de plasma, a deposição de filmes nanoestruturados sobre filmes poliméricos, e a avaliação de aplicações para os filmes desenvolvidos para redução da adsorção química. A partir dos resultados obtidos foi possível criar um revestimento que combina alta aderência à superfície do aço e baixa tensão superficial, devido à criação de uma camada com alta concentração de flúor. Os resultados mostraram-se promissores na modificação de revestimentos comerciais, pois apenas a superfície do revestimento anticorrosivo é alterada, utilizando-se uma quantidade pequena de reagentes e criando uma superfície antiaderente, e consequentemente, diminuindo a taxa de deposição da parafina no revestimento tratado. / The objective of this study is to modify the surface of polymeric coatings using plasma, with the aim of creating materials able to form low energy surface and chemical corrosion resistance. Moreover, in this work, was studied the application of the materials in storage compartments and pipelines transporting oil to check corrosion prevention and the reduction of paraffin deposits and other substances in the walls of these structures. Over the project it was found the possibility to use the studied processes in other electrochemical applications, such as the surface modification of selective membranes. So the general idea of this work is to create and/or modify materials with specific properties for electrochemical applications, focusing mainly on the corrosion protection and in the deposition of polymeric films with special functions. Thus, the fluorination of the polymeric layer surface using a reactive plasma environment, the deposition of nanostructured films on polymer films, and the performance evaluation for the films developed to reduce the chemical adsorption were studied. The results have shown that it is possible to develop a coating that combines high adhesion to steel surfaces and low surface tension, due to the creation of a layer with high concentration of fluorine. The processes were promising for modification of commercially available coatings, as only the surface is changed, only small amounts of reagents are used and an anti-adherent surface is created, which decreases the rate of paraffin deposition on the treated surface.

No presente trabalho foi utilizada a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) com o objetivo de adquirir informações sobre o processo de corrosão do aço inoxidável 304 em diferentes condições experimentais. Inicialmente, foram realizados ensaios de corrosão com a técnica de voltametria cíclica e acompanhamento do potencial de circuito aberto ao longo do tempo, obtendo-se informações sobre o potencial de circuito aberto e o potencial de pite. Nestes ensaios foram utilizadas soluções de NaCl 0,1 mol L-1 e 0,5 mol L-1 na ausência e presença de O2. Os experimentos com a microscopia eletroquímica de varredura (SECM) foram realizados nas mesmas condições experimentais, em um primeiro momento polarizando o substrato no potencial de circuito aberto específico obtido em cada solução e, em seguida, polarizando-o em 0,5 V (vs Ag/AgCl(KCl sat.)). Trabalhou-se em regiões nas quais havia indícios da formação de pites metaestáveis, monitorando-se o aparecimento de íons Fe(II). Para a realização destes experimentos, o microeletrodo foi polarizado em 0,6V, potencial onde a oxidação de Fe(II) a Fe(III) ocorre em larga extensão. A formação e o rompimento da camada de proteção foram observados de modo generalizado e local. A formação de pite metaestáveis para a solução de NaCl 0,5 mol L-1 também foi notada, sendo esse fato confirmado pela presença de tais pites numa imagem e subsequente desaparecimento na imagem seguinte. / Scanning electrochemical microscopy (SECM) was used in order to acquire information on the corrosion process of stainless steel 304 at different experimental conditions. Corrosion tests were initially carried out with cyclic voltammetry technique and by monitoring the open circuit potential over time to obtain information about the corrosion potential and the pitting potential. Experiments were performed in 0.1 mol L-1 and 0.5 mol L-1 NaCl solutions, in the absence and presence of O2. Scanning electrochemical microscopy (SECM) experiments were performed under the same experimental conditions, by polarizing the substrate at specific open circuit potential of each solution and then polarizing it at 0.5V (vs. Ag / AgCl (KCl sat.)). Experiments were carried out at regions where there were indications of the formation of metastable pits, by monitoring the appearance of Fe(II) ions. The microelectrode was polarized at 0.6V, a potential value where the oxidation of Fe (II) to Fe (III) occurs to a large extent. The formation and the disruption of the protective layer were noticed widely and locally. The formation of metastable pits in 0.5 mol L-1 NaCl solutions was also noted by analysing such pits in an image and their further disappearance in the following image.

Neste trabalho, a resistência à corrosão in vitro da liga de titânio Ti-13Nb-13Zr, fabricada em laboratório nacional, e destinada a aplicações ortopédicas, foi investigada em soluções que simulam os fluidos corpóreos. Os eletrólitos usados foram solução 0,9 % (massa) de NaCl, solução de Hanks, meio de cultura (MEM), neste dois últimos meios, sem e com adição de peróxido de hidrogênio. A adição de peróxido visou simular condições existentes em caso de processos inflamatórios resultantes de procedimentos cirúrgicos. A resistência à corrosão de ligas já comercialmente consagradas para uso como biomateriais, Ti-6Al-7Nb e Ti-6Al-4V, bem como do titânio puro (Ti-cp), foi também estudada por razões de comparação com a liga Ti-13Nb-13Zr. Foram utilizadas técnicas eletroquímicas e de análise de superfície. As técnicas eletroquímicas consistiram de: (a) medidas da variação do potencial a circuito aberto em função do tempo, (b) polarização potenciodinâmica e (c) espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Os diagramas experimentais de impedância foram interpretados utilizando circuitos elétricos equivalentes que simulam modelos de filme óxido de estrutura dupla composta de uma camada interna compacta, tipo barreira, e uma camada porosa mais externa. Os resultados mostraram que a resistência à corrosão deve-se principalmente à camada barreira, e indicaram alta resistência à corrosão de todas as ligas e do Ti-cp em todos os meios estudados. O óxido formado na superfície da liga Ti-13Nb-13Zr, seja naturalmente ou em meios fisiológicos, foi caracterizado utilizando espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que a presença de peróxido de hidrogênio em MEM promove o crescimento da camada porosa e incorporação de íons minerais, além de favorecer a formação de hidroxiapatita. A citotoxicidade da liga Ti-13Nb-13Zr foi também avaliada e esta se mostrou ser não tóxica. / In this work, the in vitro corrosion resistance of the Ti-13Nb-13Zr alloy, manufactured at a national laboratory, and used for orthopedic applications, has been investigated in solutions that simulate the body fluids. The electrolytes used were 0.9 % (mass) NaCl, Hanks\' solution, a culture medium (MEM), and the two last electrolytes, without and with addition of hydrogen peroxide. The aim of peroxide addition was to simulate the conditions found when inflammatory reactions occur due to surgical procedures. The corrosion resistance of alloys commercially in use as biomaterials, Ti-6Al-7Nb and Ti-6Al-4V, as well as of the pure titanium (Ti-cp), was also studied for comparison with the Ti-13Nb-13Zr alloy. The corrosion resistance characterization was carried out by electrochemical and surface analysis techniques. The electrochemical tests used were: (a) open circuit potential measurements as a function of time, (b) potentiodynamic polarization and (c) electrochemical impedance spectroscopy (EIE). The impedance experimental diagrams were interpreted using equivalent electric circuits that simulate an oxide film with a duplex structure composed of an internal and compact, barrier type layer, and an external porous layer. The results showed that the corrosion resistance is due mainly to the barrier type layer. The titanium alloys and the Ti-cp showed high corrosion resistance in all electrolytes used. The oxides formed on the Ti-13Nb-13Zr, either naturally or during immersion in MEM or Hanks’ solution was characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscopy (MEV). The results showed that the presence of hydrogen peroxide in MEM promotes the growth of the porous layer and incorporation of mineral ions, besides favouring hydroxyapatite formation. The citotoxicity of the Ti-13Nb-13Zr alloy was also evaluated and it was shown to be non-toxic.

Nanoestructuras de alumina anódica porosa (AAP) têm sido tradicionalmente fabricadas por duas etapas de anodização a temperaturas relativamente baixas (de 0 até 5°C), e usadas como máscaras ideais para formação de vários materiais nanoestruturados. Neste sentido, o objetivo do trabalho foi estudar sistematicamente a formação e a fabricação de nanoestruturas de AAP autoorganizadas por uma só etapa de anodização e posterior aplicação na síntese de nanopartículas e nanofios metálicos. As nanoestruturas auto-organizadas de AAP foram obtidas por apenas uma etapa de anodização em ácido oxálico (H2C2O4) a temperatura ambiente; diferentemente dos processos convencionais onde são utilizados duas ou mais etapas de anodização. As características estruturais dos filmes de AAP foram moduladas através do controle dos parâmetros da concentração da solução, temperatura e potencial de polarização. O procedimento principal, para a obtenção de AAP auto-organizadas apenas por uma etapa de anodização, foi o pós-processamento de abertura dos poros através de um processo de corrosão química. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o diâmetro médio dos poros apresentou uma dependência linear com a temperatura, potencial e tempo de corrosão química e foi constante em relação à concentração da solução eletrolítica. No entanto, a análise estrutural via microscopia eletrônica de varredura (MEV), mostrou que a circularidade e a ordem dos nanoporos sobre a superfície anodizada melhoraram com o aumento da concentração do eletrólito. A estrutura de AAP com um arranjo hexagonal de poros regularmente distribuídos foi obtida quando a anodização foi realizada em 0,3M de H2C2O4, a 45V e 20°C de temperatura seguido de uma corrosão química a temperatura de 17°C por 102 minutos. Adicionalmente foram obtidos nanopartículas e nanofios metálicos utilizando-se as nanoestruturas de AAP como moldes. Como os filmes de AAP são isolantes a obtenção das nanopartículas e nanofios foi realizado através de um processo de eletrodeposição de corrente alternada (CA). Os resultados deste trabalho mostraram que nanoestruturas de AAP autoorganizadas podem ser fabricadas por uma etapa de anodização controlando o tempo de corrosão química. Os resultados apresentados neste trabalho mostram-se vantajosos em relação aos reportados na literatura, já que normalmente as nanoestruturas de AAP são obtidas mediante processos de anodização em duas etapas e tempos longos de anodização. / Nanostructures of porous anodic alumina (PAA) have been traditionally manufactured by two steps anodization at relatively low temperatures (0 to 5°C) and used as templates suitable for the formation of various nanostructured materials. In this sense, the goal of this work was the fabrication of self-organized porous Anodic alumina nanostructures (AAP) by a one anodization step and subsequent application in the synthesis of metal nanowires and nanoparticles. The self-organized nanostructures of PAA were obtained by just one anodization step in oxalic acid (H2C2O4) at ambient temperature unlike to conventional processes where they are used two or more anodization steps. The structural characteristics of PAA films were modulated through control of the solution concentration, temperature and potential of polarization. The key procedure to obtain the periodic organized PAA by only one step anodization was the post-processing of pore opening through a process of corrosion chemistry. The results of this work showed that the average diameter of pores presented a linear dependence with temperature, time of chemical corrosion, polarization potential and it was constant relative to the concentration of the electrolyte solution. However, the structural analysis via scanning electron microscopy (SEM) showed that the roundness and the order of nanoporos over the anodized surface improved with the electrolyte concentration increasing. The PAA structure with a hexagonal arrangement of pores was obtained when the anodization was held in 0.3 M of H2C2O4, 45V, and 20°C of temperature followed by a chemical corrosion at 17°C of temperature for 102 minutes. Additionally it was obtained nano particles and nano metal wires using the PAA structures as molds. Since the PAA films are insulating, the nanoparticles and nanowire were obtained through an electrodeposition process using alternating current. The results of this work have shown that self-organized PAA nanostructures can be fabricated by one anodization step controlling the time of chemical etching process. The results presented in this work are advantageous in relation to reported in the literature, since normally the structures of PAA are obtained by two step anodization and for long anodization time.