Avaliação do desempenho anticorrosivo de revestimentos superhidrofóbicos de PTFE e nanosílica

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 17059 (2022) Citar este artigo

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A proteção anticorrosiva de metais é de suma importância em diversos setores da indústria. Uma das técnicas emergentes para prevenir ou reduzir os efeitos prejudiciais deste fenómeno é aplicar revestimentos super-hidrofóbicos nas superfícies suscetíveis. Neste estudo, a proteção contra corrosão do aço é investigada através da fabricação de revestimentos superhidrofóbicos, utilizando processo de eletrodeposição de filme híbrido de nanosílica em uma etapa e processo de pulverização de politetrafluoretileno (PTFE) na superfície do aço e também preparação de revestimentos micro/nanocompósitos. O comportamento anticorrosivo do filme híbrido de nanosílica e revestimento de PTFE com dois tipos de micropartículas incluindo pó de Al2O3 e esferas de vidro na camada de primer e camada de cobertura com e sem nanopartículas de SiO2 é estudado. Os testes de polarização TOEFL e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) são conduzidos em amostras de aço revestidas para examinar seu desempenho de corrosão em solução de NaCl a 3,5% em peso a uma temperatura de 25 °C. Os resultados mostraram que a combinação de propriedades superhidrofóbicas e baixa condutividade melhora significativamente a resistência à corrosão. A avaliação do efeito da adição de nanopartículas de SiO2 à camada de cobertura no revestimento de PTFE mostrou que as nanopartículas melhoram a resistência à corrosão dos revestimentos de PTFE, selando alguns defeitos e poros do revestimento. A investigação da resistência à corrosão dos revestimentos mostrou que a resistência à corrosão do filme de nanosílica é inferior à dos revestimentos de PTFE. A melhor amostra obtida neste estudo, ou seja, o revestimento de PTFE com micropartículas de esferas de vidro na camada de primer e nanopartículas de SiO2 na camada de cobertura, reduziu a taxa de corrosão em quase 80 vezes.

O metal é um dos principais materiais nas mãos humanas e sua utilização em diversas indústrias vem aumentando a cada dia. Eles são usados ​​em vários setores da indústria, como construção (edifício comercial, habitação e estradas), defesa (armas de fogo, munições, mísseis, tanques e jatos), transporte (marítimo, aeroespacial, automobilístico) e médico (próteses, cirurgia reconstrutiva e implante biomédico)1. Estruturas e equipamentos metálicos são suscetíveis à corrosão quando expostos a condições ambientais adversas e umidade. A corrosão causa perda de desempenho e, em última análise, destruição de equipamentos e estruturas metálicas. Estudos realizados nos EUA mostram que a corrosão dos aços e de outros materiais metálicos representa aproximadamente 4-5% do custo do produto interno bruto (PIB)2.

Diferentes métodos têm sido utilizados para prevenir a corrosão, sendo os mais importantes: proteção catódica e anódica, inibidores de corrosão e revestimentos3,4,5,6,7,8. Cada um desses métodos tem suas vantagens e desvantagens e pode ser utilizado isoladamente ou em combinação9. Os revestimentos são geralmente substâncias utilizadas para criar uma barreira entre o ambiente corrosivo e a superfície da peça em questão e proteger as peças metálicas da umidade, oxidação e produtos químicos10. Durante muito tempo, a cromatação e a fosfatação têm sido utilizadas como métodos comuns para proteger a superfície dos metais. Mas estes dois métodos não são ecológicos. A toxicidade e a carcinogenicidade do cromo (VI) foram comprovadas para os seres humanos hoje, e a poluição por fósforo é um dos fatores importantes que contribuem para a eutrofização da água11,12. O uso destes materiais para proteção contra a corrosão de metais é proibido em muitos países. Muito trabalho tem sido direcionado para o desenvolvimento de outros tipos de revestimentos. Diferentes tipos de materiais alternativos, baseados na utilização de filmes de compostos de terras raras13,14, filmes derivados de sol-gel15,16,17,18,19,20 e camadas automontadas21,22, têm demonstrado sua capacidade de proteção contra corrosão. Estudos também mostraram que revestimentos com condutância elétrica muito baixa, como revestimentos não condutores de Al2O3, TiO2, SiO2, revestimentos de óxidos mistos de Al2O3, TiO2 e SiO2 são muito eficazes na proteção contra corrosão23,24. O uso de revestimentos superhidrofóbicos com ângulos de contato (CA) superiores a 150° e ângulos de roll-off inferiores a 10° é uma abordagem interessante para prevenir a corrosão metálica e tem sido seguida em algumas pesquisas25,26. Gotas deslizaram nessas superfícies à medida que se formavam e se destacaram da superfície. Portanto, o tempo de contato da gota de fluido (água ou qualquer fluido corrosivo como ácido sulfúrico) na superfície é drasticamente reduzido. Além disso, devido à rugosidade das nanoestruturas na superfície e à presença de ar que fica preso entre as cavidades, o contato do fluido com a superfície propensa à corrosão é reduzido. Devido à presença simultânea desses dois efeitos (curto tempo de contato e baixa área de contato), a resistência à corrosão de superfícies metálicas cobertas com revestimentos superhidrofóbicos aumenta várias vezes25,27,28,29. Esses revestimentos evitam a corrosão causada pela penetração do eletrólito no substrato metálico. Revestimentos superhidrofóbicos podem ser fabricados em muitas superfícies, especialmente em superfícies de metais e suas ligas, como Cobre30,31,32, Alumínio33,34,35, Zinco36,37 e Magnésio38,39.