Corrosão da liga Ti6Al4V revestida por filme de carbono amorfo depositados por magnetron sputtering



  1. Resumo
  2. Objetivos
  3. Justificativas
  4. Introdução
  5. Experimental
  6. Análises realizadas
  7. Resultados Experimentais
  8. Bibliografia

Relatório de Iniciação Científica realizada no ITA em 2003

Bolsista CNPq

Resumo

Neste trabalho, um filme de carbono amorfo obtido por magnetron sputtering é depositado sobre a liga Ti6Al4V com o objetivo de protege-la da corrosão. Também foram utilizadas as técnicas de espectroscopia Raman e voltametria cíclica em sua caracterização.

1. Objetivos

            Este projeto de pesquisa tem por objetivo o estudo de um revestimento protetor de carbono amorfo para a liga de titânio Ti6Al4V, melhorando suas características superficiais.

2. Justificativas

            A liga de titânio Ti6Al4V é utilizada para muitos fins, entre os quais está a construção de próteses ósseas e dentárias, assim como materiais para uso aeronáutico. Entretanto, quando ocorre oxidação do titânio, origina-se um produto que, por não conservar as mesmas características do material inicial, torna inadequada sua utilização. Os filmes de carbono do tipo diamante ao revestirem este material, aumentam sua durabilidade e seu tempo de vida útil.

3. Introdução

3.1. A corrosão

A corrosão pode ser entendida como a degradação de materiais pela ação química ou eletroquímica do meio e está quase sempre associada a esforços mecânicos. é o resultado da tendência dos metais de se converterem em sua forma mais estável.

A maioria deles é encontrada na natureza sob a forma de compostos estáveis como óxidos, sulfetos, silicatos e outras. [01, 02, 03]

Termodinamicamente, uma reação é espontânea quando sua variação de energia livre de Gibbs é negativa; a equação de formação de óxido de ferro III a partir de ferro metálico exemplifica isto.

Trata-se de uma reação que envolve transferência de elétrons do ferro (espécie oxidada) para o oxigênio atmosférico (espécie reduzida), conforme as equações abaixo. [04]

Meias-equações

Oxidação: Fe = Fe+3 + 3 e-

Redução: O2 + 4 e- = 2 O-2

Global: 4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3

            Dividindo ambos os membros da equação por dois, temos a equação de formação do óxido de ferro III.

Equação: 2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) = Fe2O3 (s)

            A variação da energia livre de Gibbs pode ser calculada conhecendo-se as energias livres de formação dos produtos e dos reagentes. [04]

G° (Fe) = 0

G° (O2) = 0

G° (Fe2O3) = -741,0 J/K

Cálculo de variação de energia livre para a reação:

ΔG° = ∑G°(produtos) - ∑G°(reagentes) = -741,0 J/K

Durante o processo de extração e refino, é adicionada uma quantidade de energia ao minério para extrair metais nele contidos. Esta mesma energia possibilita o aparecimento de forças capazes de reverter o metal em sua forma primitiva. O produto de corrosão tem propriedades diferentes do material original, pois este, quando corroído, perde suas características essenciais, como resistência mecânica, elasticidade, ductibilidade e etc. [01, 02, 03]

3.2. O titânio

O titânio é um elemento branco-prateado de numero atômico 22 que pertence ao grupo dos elementos de transição da tabela periódica. A sua descoberta ocorreu em 1791 por William Gregor, mas somente três anos mais tarde, o elemento recebeu o nome de titânio, quando Klaproth, químico alemão, passou a chamá-lo assim que, em latim, significa filho da terra. O elemento dissolve alguns outros metais, prata, alumínio, arsênio, cobre, ferro, gálio, urânio, vanádio e zinco, para formar ligas; melhorando significativamente as propriedades químicas do titânio puro.

A liga Ti6Al4V, por possuir propriedades como resistência mecânica, leveza e alta resistência á fadiga, torna adequado o seu uso nos setores naval e aeronáutico. As ligas usadas no setor aeronáutico devem suportar as altas temperaturas dos motores dos aviões. [05, 06, 07]

Depois da Segunda Guerra Mundial, o advento de mísseis e aviões supersônicos fez crescer a procura por materiais com boa resistência á fadiga e também a altas temperaturas. O titânio surgiu como liga 45% mais leve do que o aço, porém mais forte e resistente. [08]


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