Papel da camada superficial nanograinada gradiente no comportamento de corrosão da liga de alumínio 7075

Sep 26, 2023

npj Degradação de materiais volume 6, número do artigo: 62 (2022) Citar este artigo

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Estruturas nano-granuladas gradientes têm sido uma técnica promissora para evitar o compromisso entre resistência e ductilidade em metais e ligas. Portanto, neste trabalho, foi investigado o efeito do tratamento de atrito mecânico superficial (SMAT) na microestrutura e no comportamento à corrosão da liga de alumínio de alta resistência. O SMAT foi realizado em condições de temperatura ambiente e fluxo de nitrogênio líquido (LN2) para gerar duas microestruturas de gradiente inicial distintas. Foram realizados testes de polarização potenciodinâmica, espectroscopia de impedância eletroquímica e corrosão intergranular. A caracterização do filme superficial de amostras não tratadas e tratadas foi realizada utilizando espectroscopia de fotoelétrons de raios X e técnicas de espectroscopia de massa de íons secundários de tempo de voo. O resultado revela alterações microestruturais significativas nas amostras processadas por SMAT, como a formação de precipitados e dissolução de fases inerentes. Além disso, foi observada uma taxa de dissolução anódica reduzida com as amostras processadas por SMAT. Além disso, a caracterização do filme superficial revelou um filme de óxido mais espesso com enriquecimento de Cu e SiO2 nas amostras SMAT.

Nanoestrutura gradiente (GNS), uma classe de materiais heteroestruturados, ganhou considerável atenção na comunidade de materiais devido à sua capacidade de alcançar uma combinação de alta resistência e ductilidade sem alterar a composição geral da liga . Essas propriedades são derivadas do fortalecimento e do endurecimento por deformação induzidos por heterodeformação pela interação sinérgica entre zonas duras e moles5,6. Os materiais GNS também mostraram melhorias promissoras nas propriedades sensíveis à superfície, como fadiga, desgaste, fadiga por corrosão e comportamento de corrosão dos materiais . Mesmo com diversas vantagens, a aplicabilidade desses materiais não atingiu todo o seu potencial devido às limitações no processamento de amostras a granel com microestrutura controlada para propriedades mecânicas6,10,11.

A estrutura nano-granulada gradiente, como o próprio nome sugere, consiste em uma estrutura superficial de grãos nanocristalinos cuja magnitude em tamanho aumenta gradualmente quanto mais longe você estiver da superfície. Em particular, a nanocristalização de superfície (SNC) com os nanogrãos na superfície pode ser alcançada através de várias técnicas de deformação plástica severa, como tratamento de atrito mecânico de superfície (SMAT) 12, shot peening ultrassônico 13, jateamento de areia 14, peening de choque a laser (LSP) 15 e rápido múltiplas rotações rolando16. Entre estes, o SMAT provou ser eficiente na produção do menor tamanho de grão possível na superfície livre e um gradiente apreciável de várias centenas de mícrons de profundidade na maior parte da amostra. Este gradiente se forma como resultado de impactos hertzianos dinâmicos dos meios de moagem com a superfície livre da amostra, que induzem um valor de deformação cumulativamente alto. Geralmente, os meios de moagem utilizados durante o SMAT são compostos de produtos químicos diferentes da amostra subjacente a ser processada . A física e a natureza dos impactos ocorrem milhões de vezes, introduzindo assim uma forma de transferir material. Ou seja, os impactos repetitivos de alta taxa e a elevação local da temperatura proporcionam um ambiente no qual os coeficientes de difusão atômica e a reatividade química são aprimorados, facilitando a criação de ligas na superfície livre da amostra. Se projetada adequadamente, a alta reatividade da camada superficial e a fácil difusão dos elementos de liga através dos limites dos grãos dos nanogrãos fornecem uma maneira eficiente de criar um revestimento resistente à corrosão com microestrutura favorável . Por exemplo, a temperatura na qual o SMAT é realizado foi correlacionada com o grau de refinamento do grão que ocorre na superfície livre, bem como com a profundidade do gradiente formado . Isto também se verificou ser verdade em relação ao grau de contaminante e à sua mistura com o material de base. Em particular, o SMAT à temperatura criogênica mostrou uma maior redução do tamanho dos grãos no cobre puro devido a uma mudança no modo de deformação subjacente . Além do crio-SNC, as ligas preparadas através de outro processamento termomecânico criogênico, como a laminação criogênica e a crioextrusão, mostraram resistência melhorada, bem como ductilidade, em comparação com suas contrapartes processadas à temperatura ambiente. Em grande parte, o processamento SMAT foi realizado em ambiente universitário em geometrias simplificadas de pequena escala, como placas planas. No entanto, versões recentemente modificadas de equipamentos de processamento SMAT utilizando vibrações acústicas em vez da agitação tradicional de mudanças estão permitindo que o SMAT seja aplicado em tubos/cilindros e até mesmo em fios finos9,26,27. Outras modalidades de equipamento de processamento SMAT empregaram técnicas de polimento montadas em máquinas controladas numericamente por computador para permitir ainda maior flexibilidade, potencialmente permitindo o processamento in-situ de peças2,28,29. Embora sistemas industriais como a tecnologia MELDTM30 tenham sido desenvolvidos para lidar com peças de maior escala e mais complexas, a integração dessa tecnologia ainda está em seus estágios iniciais em aplicações industriais.