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Previous issue date: 2012-03-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of aluminum becomes increasing because of the lightness of this metal and its high corrosion resistance. The anodization of the aluminum is now a well known and is widely used to increase the durability of the metal. This electrochemical technique forces the growth of oxide layer. The anodized layer has the peculiarity of having the nanotubes which allows the insertion of pigments and other compounds within these. The anodizing process, industrially used followed by coloration, according to the literature has been applied a current of 50 mA/cm2, dye concentration approximately 2-5 g / L, 15-18% sulfuric acid and temperature 40C. For these different factors, there is no a rigid control, therefore, there must be an optimization study of the process because the use of many reagents on an industrial scale can lead to an undesirable environmental impact, beyond the gas emission due to concentration of the acid used, even high energy expenditure. In this study it was used an organic dye to be deposited in the aluminum alloy AA6351 electrochemically anodized and studied, using a factorial design in the process to minimize the costs and to improve the metal protection. The experimental techniques used in this study were: chemometrics, anodizing, coloring by immersion, open circuit potential, anodic potentiostatic polarization, charge transfer resistance, electrochemical impedance spectroscopy, optical microscopy, scanning electron microscopy, microanalysis and Raman spectroscopy. The parameters for the experimental design, using chemometrics, were taken from the literature, as follows: current density, time and electrolyte concentration for the anodization, and dye concentration for the coloring. Measurements of charge transfer resistance (RCT) have demonstrated which tests would offer the greater protection. Two of the experimental tests, showed an RCT around by 2.85 x 108.cm2. These tests showed two situations: (1st) when anodization current density is high, less anodization time and dye are needed; (2nd) when anodization current density is low, much time and dye are needed. The polarization curves showed a current density of the samples anodized and colored are very small when compared with aluminum only polished. The electrochemical impedance spectroscopy also showed greater resistance of the layer developed on the colored pieces. The scanning electron microscopy showed that the diameter of the nanopores of the aluminum anodized, in first case, are around by 11.7 nm, so, therefore, less dye is needed to fill the nanoporos layer. In second case, the nanopores diameters are smaller than the first case; it is around by 7.6 nm, requiring higher dye concentration. In optical microscopy it was observed that the parameter also influence the tone of the chosen color. The energy dispersive system and the microanalysis showed have no heavy metals on the surface of aluminum neither in the dye composition. Raman spectroscopy proved that compound is on surface and did not change in the coloring process. / A utilização do alumínio torna-se cada vez maior, devido à leveza do metal e sua elevada resistência a corrosão. A anodização do alumínio é uma técnica bem conhecida e está sendo muito utilizada para o aumento da durabilidade do metal. Esta técnica força eletroquimicamente o crescimento da camada de óxido. A camada anodizada tem a peculiaridade de possuir nanotubos o que permite a inserção de pigmentos e outros compostos no interior destes. O processo de anodização, utilizado industrialmente seguido da coloração, de acordo com a literatura, tem sido aplicado uma corrente de 50 mA/cm2, concentração de corante da ordem de 2-5 g/L, 15-18% de ácido sulfúrico e temperatura de 40C. Nota-se que não há um controle industrial desses diversos fatores que existem no processo, com isso, é preciso que haja um estudo de otimização do processo, pois a utilização de muitos reagentes em escala industrial pode levar a um impacto ambiental indesejável, além da emissão de gases devido a concentração do ácido utilizada e até gasto elevado de energia. Neste trabalho foi utilizado um corante orgânico para ser depositado na liga de alumínio AA6351 anodizada e estudado eletroquimicamente utilizando-se o planejamento fatorial para minimizar custos do processo, e melhorar a proteção do metal. As técnicas experimentais utilizadas neste trabalho foram: quimiometria, anodização, coloração por imersão, potencial de circuito aberto, polarização potenciostática anódica, resistência de transferência de carga, espectroscopia de impedância eletroquímica, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, microanálise e espectroscopia Raman. Os parâmetros para o planejamento experimental, utilizando-se da quimiometria, foram retirados da literatura, sendo eles: densidade de corrente, tempo e concentração do eletrólito para a anodização; e concentração do corante para a coloração. As medidas de resistência de transferência de carga (RTC) demonstraram a possibilidade de identificar quais dos ensaios ofereceriam maior proteção. Dois dos ensaios do planejamento experimental mostraram uma RTC por volta de 2,85 x 108 .cm2. Estes ensaios mostraram duas situações: (1º) quando a densidade de corrente de anodização é alta, menos tempo de anodização e corante são necessários; (2) quando a densidade de corrente de anodização é baixa, mais tempo de anodização e corante são necessários. As curvas de polarização mostraram uma densidade de corrente, das amostras anodizadas e coloridas, com valores muito menores quando comparado com o alumínio somente polido. A espectroscopia de impedância eletroquímica também mostrou uma resistência maior da camada desenvolvida nas peças coloridas. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que o diâmetro dos nanoporos do óxido de alumínio do ensaio na primeira situação são maiores, da ordem de 11,7 nm, e por isso é necessário menos corante para preencher a camada de nanoporos, enquanto na segunda os nanoporos eram menores, da ordem de 7,6 nm exigindo maior concentração do corante. Na microscopia óptica foi possível observar que os parâmetros também influenciam na tonalidade da coloração escolhida. Os ensaios de sistema de energia dispersiva e de microanálise não apresentaram metais pesados na superfície do alumínio nem na composição do corante. A espectroscopia Raman comprovou que o composto está na superfície e que não sofreu alteração no processo de coloração.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.uepg.br:prefix/2101 |
| Date | 05 March 2012 |
| Creators | Alves, Guilherme José Turcatel |
| Contributors | Rodrigues, Paulo Rogério Pinto, Antunes, Sandra Regina Masetto, Celeste, Ricardo, Tominaga, Tania Toyomi |
| Publisher | UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Programa de Pós-Graduação em Química Aplicada, UEPG, BR, Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG, instname:Universidade Estadual de Ponta Grossa, instacron:UEPG |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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