Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Anticorrosive cerium-based coatings prepared by the sol-gel method

The development of efficient anti-corrosion and environmentally friendly coating systems are needed for the replacement of the highly toxic Cr-based conversion coatings for corrosion protection of aluminum alloys. In this study, we demonstrate that the direct application of ceramic cerium-based sol-gel coatings to AA7075-T6 substrates produces high-performance anti-corrosion layers. Electrochemical experiments and analyses of the microstructure demonstrate that the protective layers are very efficient for the passivation of the alloy surfaces operating as both passive and active barrier for corrosion protection.

O forjamento de ligas de alumínio : um estudo para a liga ABNT 6061

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo “Método dos Elementos Finitos” usando o código “QForm” é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código “Superforge”.

Avaliação do comportamento em fadiga de juntas estruturais de ligas de Al2024T3 coladas com adesivo epóxi

Ligas de alumínio são extensamente usadas em partes aeronáuticas devido às boas propriedades mecânicas e baixa densidade. Estas partes devem ser unidas para formar conjuntos maiores. Uma junta estrutural é definida como um segmento de estrutura que provê um meio de transferir carga de um elemento estrutural para outro. A maioria das juntas aeronáuticas é mecanicamente fixada com múltiplos prendedores (parafusos ou rebites). Estas juntas apresentam uma alta concentração de tensões ao redor do prendedor, porque a transferência de carga entre elementos da junta acontece em uma fração da área disponível. Por outro lado, as cargas aplicadas em juntas adesivas são distribuídas sobre toda a área colada e reduz os pontos de concentração de tensão. Juntas são a fonte mais comum de falhas estruturais em aeronaves e quase todos os reparos envolvem juntas. Portanto, é importante entender todos os aspectos de projeto e análise de juntas. O objetivo deste trabalho é comparar estaticamente juntas estruturais de ligas de Al2024-T3 em três condições: juntas mecanicamente rebitadas, juntas coladas e uma configuração híbrida rebitada e colada. Foi usada a norma NASM 1312-4 para confecção dos corpos-de-prova. Além disso, foram conduzidos testes de fadiga, sob amplitude de carregamento constante e razão de tensão igual a 0,1 para avaliar a eficiência dos elementos estruturais durante sua vida em serviço. Os resultados mostraram que a configuração híbrida apresenta maior resistência estática e uma vida em fadiga superior à configuração colada.

Fractography analysis and fatigue strength of carbon fiber/RTM6 laminates

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Fatigue fracture behavior of Ti-6Al-4V PVD coated

Fatigue, corrosion and wear resistance are important parameters in aircraft components development as landing gear. High strength/weight ratio and effective corrosion resistance make of titanium alloys an alternative choice to replace steel and aluminum alloys. However, titanium alloys have poor tribological properties, which reduce devices performance under friction. PVD coatings tribological systems has been increased due to their attractive mechanical properties as low environmental impact, low friction coefficient, low wear rate and hardness up to 2000 HV.In this study the influence of TiN deposited by PVD on the fatigue strength of Ti-6Al-4V alloy was evaluated. Comparison of fatigue strength of coated specimens and base material shows also a decrease when parts are coated. It was observed that the influence is more significant in high cycle fatigue tests. Scanning electron microscopy technique (SEM) was used to observe crack origin sites and fracture features. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Morphological analysis of pits formed on Al 2024-T3 in chloride aqueous solution

It has been used a new image analysis method, based on segmentation by shape parameters, for pits morphology examination from Al 2024 aluminum-copper alloy in chloride aqueous solution. Corrosion behavior of this alloys in naturally aerated 3.5% NaCl solution has been investigated through open circuit potential measurements. Afterwards, pits have been characterized by image analysis taking density and size measurements right from corroded surfaces. Morphological investigation has been conducted for profiles, cut orthogonally from mean surface planes, and observed through light microscopy. Image analysis data could demonstrate that pits are wider than deep, evoluting for conical, quasi-conical or irregular shapes. Most pits have presented a quasi-conical morphology, but the wider ones have evoluted to an irregular shape influenced by sub-surface microstructure. Image analysis based on shape segmentation could enhance the differences on morphological behavior. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

An image processing method for morphology characterization and pitting corrosion evaluation

A digital image processing and analysis method has been developed to classify shape and evaluate size and morphology parameters of corrosion pits. This method seems to be effective to analyze surfaces with low or high degree of pitting formation. Theoretical geometry data have been compared against experimental data obtained for titanium and aluminum alloys subjected to different corrosion tests. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Um estudo sobre a corrosão aquosa de ligas de alumínio 7xxx submetidas a diferentes tratamentos térmicos

This job aim has been to study the aqueous corrosion of the 7xxx heattreatable aluminium alloys, used in the aeronautical industry. The 7010, 7050 and 7475 alloys, have been supplied in the T7 condition and submitted to the annealed and aging thermal treatments of in order to study their behaviours front to corrosion in 5% NaCl pH 6,0, air-saturated and deaerated solutions. The electrochemical study has been accomplished through potential measures in open circuit, potentiodynamic polarisation curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The aged alloy resulted to be the most resistant to corrosion and annealed the less resistant ones. In spite of it they have different chemical compositions, in each mean, the alloy with the same thermal treatment has behaved in a similar way. In aerated solution, the process is controlled by oxygen diffusion and in oxygen absence for dissolution through a film. Hardness and mass loss measures, after corrosion test, have supported this research.

Efeito do nitrato e nitrito na corrosão das ligas de alumínio 2024 e 7050 em soluções de NaCl

The 2024-T3 and 7050-T7 aluminium alloys electrochemical behavior has been studied in NaCl 5% neutral solutions and 0,1M concentration containing NO 3 - or NO 2 -. The current job supports corrosion research on aluminium alloys used in aeronautic industry. Open circuit potential, polarisation curves and electrochemical impedance spectroscopy techniques have been used. In chloride solutions, alloys corrosion takes place through a pitting mechanism. Added anions to aerated solutions do not possess inhibition effect. In deaerated solutions, nitrite has diminished anodic dissolution rate, probably by incorporating this anion in the oxide and/or hydroxide film.

Phase transformations in the Cu-Al alloy with Ag addition

The effect of Ag addition on the phase transformations that occur in the Cu-10% Al alloy was studied using differential thermal analysis, scanning electron and optical microscopies and energy dispersive X-ray analysis. The results indicated that Ag addition is responsible for the separation of the reverse martensitic transformation in two stages, and for the refinement of the α-phase grains. The relative amount of the β1 martensitic phase, retained on slow cooling (above 2 K min-1 of cooling rate), and the relative fraction of phase α2 are increased. The solubility limit of Ag in the matrix is close to 6 mass% and at this concentration the maximum stability of the β-phase is reached. © 2005 Akadémiai Kiadó, Budapest.

Influence of chromate, molybdate and tungstate on pit formation in chloride medium

It has been characterized and evaluated the 2024-T351 and 7050-T7451 aluminum alloys pitting corrosion in naturally aerated chloride aqueous solutions containing chromate, molybdate and tungstate. It has been carried out electrochemical and non-electrochemical immersion corrosion tests accompanied by surface metallography analysis using an optical microscopy. Chromate for the two alloys and in molybdate for 7050 has corrosion inhibiting effects, whereas tungstate promotes the pitting corrosion for these alloys. Quantitative surface analysis upon the alloys after immersion has indicated that pits are predominantly conical or quasi-conical and irregular. In general, pits have been wider than deep and the widest have been also the deepest. Despite inhibitor presence, when pits have been nucleated, they grow with the same intensity. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

A load cell for grain-propelled ballistic rocket thrust measurement

A 1000-kgf resistive strain-gauge load cell has been developed for quality testing of rocket propellant grain. A 7075-T6 aluminum alloy has been used for the elastic column, in which 8 uniaxial, 120-Ω strain gauges have been bonded and connected to form a full Wheatstone bridge to detect the strain. The chosen geometry makes the transducer insensitive to moments and, also, to the temperature. Experimental tests using a universal testing machine to imposed compression force to the load cell have demonstrated that its behavior is linear, with sensitivity of 2.90 μV/kgf ± 0.34%, and negligible hysteresis. The designed force transducer response to a dynamic test has been comparable to that of a commercial load cell. © 2005 IEEE.

Modeling the growth of LT and TL-oriented fatigue cracks in longitudinally and transversely pre-strained Al 2524-T3 alloy

The aluminum alloy 2524 (Al-Cu-Mg) was developed during the 90s mainly to be employed in aircraft fuselage panels, replacing the standard Al 2024. In the present analysis the fatigue crack growth (FCG) behavior of 2524-T3 was investigated, regarding the influence of three parameters: load ratio, pre strain and crack plane orientation of the material. The pre strain of aluminum alloys is usually performed in order to obtain a more homogeneous precipitates distribution, accompanied by an increase in the yield strength. In this work, it was evaluated the resistance of Al 2524-T3 sheet samples to the fatigue crack growth, having L-T and T-L crack orientations. FCG tests were performed under constant amplitude loading at three distinct positive load ratios. The three material conditions were tested: as received(AR), pre strained longitudinally (SL) and transversally (ST) in relation to rolling direction. In order to describe FCG behavior, two-parameter kinetic equations were compared: a Paris-type potential model and a new exponential equation introduced in a previous work conducted by our research group. It was observed that the exponential model, which takes into account the deviations from linearity presented by da/dN versus AK data, describes more adequately the FCG behavior of Al 224-T3 in relation to load ratio, pre strain effects and crack plane orientation. © 2011 Published by Elsevier Ltd.