Effect of equal channel angular extrusion on wear and corrosion behavior of the orthopedic Ti-13Nb-13Zr alloy in simulated body fluid

We report investigations on the texture, corrosion and wear behavior of ultra-fine grained (UFG) Ti-13Nb-Zr alloy, processed by equal channel angular extrusion (ECAE) technique, for biomedical applications. The microstructure obtained was characterized by X-ray line profile analysis, scanning electron microscope (SEM) and electron back scattered diffraction (EBSD). We focus on the corrosion resistance and the fretting behavior, the main considerations for such biomaterials, in simulated body fluid. To this end. potentiodynamic polarization tests were carried out to evaluate the corrosion behavior of the UFG alloy in Hanks solution at 37 degrees C. The fretting wear behavior was carried out against bearing steel in the same conditions. The roughness of the samples was also measured to examine the effect of topography on the wear behavior of the samples. Our results showed that the ECAE process increases noticeably the performance of the alloy as orthopedic implant. Although no significant difference was observed in the fretting wear behavior, the corrosion resistance of the UFG alloy was found to be higher than the non-treated material. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Role of electrolyte chemistry on electronic and in vitro electrochemical properties of micro-arc oxidized titania films on Cp Ti

The primary objective of the present work was to study the electronic and in vitro electrochemical properties of micro-arc oxidized titania films on Cp Ti, fabricated independently in various electrolyte solutions consisting of anions such as phosphate (PO43-), borate (B4O72-), citrate (C6H5O73-) and silicate (SiO32-). Further the role of anions on the structural, morphological and compositional properties of the fabricated films was studied. All the titania films were developed by micro-arc oxidation (MAO) technique for a fixed treatment time of 8 min under constant current mode. The surface morphology, elemental distribution, composition and structural characteristics of the films were assessed by scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) techniques. The thermodynamic and kinetic corrosion properties of the films were studied under simulated body fluid (SBF) conditions (pH 7.4 and 37 degrees C) by conducting chronopotentiometric and potentiodynamic polarization tests. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) coupled with equivalent circuit modelling was carried out to analyse the frequency response and Mott-Schottky analysis was performed to study the semiconducting (electronic) properties of the films. Salt spray fog accelerated corrosion test was conducted for 168h as per ASTM B117 standard to corroborate the corrosion and semiconducting properties of the samples based on the visual examination. The XRD results showed that the transformation from the metastable anatase phase to the thermodynamically stable rutile phase and the crystalline growth of the respective phases were strongly influenced by the addition of anions. The SEM-EDS results demonstrated that the phosphorous (P) content in the films varied from 2.4 at% to 5.0 at% indicating that the amount of P in the films could be modified by adding an appropriate electrolyte additive. The electrochemical corrosion test results showed that the film fabricated in citrate (C6H5O73-) containing electrolyte is thermodynamically and kinetically more stable compared to that of all the others. The results of the Mott-Schottky analysis indicated that all the fabricated films showed an n-type semiconducting behaviour and the film developed in citrate (C6H5O73-) containing electrolyte exhibited the lowest donor concentration and the most negative flat band potential that contributed to its highest corrosion resistance in SBF solution. The results of the salt spray accelerated corrosion tests were in agreement with those obtained from the electrochemical and Mott-Schottky analysis.

Correlação entre microestrutura e comportamento de corrosão em duas ligas do sistema Al-Fe-Si produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo.

As chapas de ligas de alumínio trabalháveis são produzidas atualmente por dois processos, o método de vazamento contínuo conhecido TRC (Twin Roll Continous Casting) ou pelo método tradicional de vazamento de placas DC (Direct Chill). A fabricação de ligas de alumínio pelos dois processos confere características microestruturais diferentes quando comparadas entre si, o que se reflete em suas propriedades. Além disto, ocorrem variações microestruturais ao longo da espessura, especialmente nas chapas produzidas pelo processo TRC. Neste sentido, é importante estudar a evolução microestrutural que ocorre durante o seu processamento e sua influência com relação à resistência à corrosão. Dessa forma foi realizado neste trabalho um estudo comparativo do comportamento de corrosão, bem como das microestruturas do alumínio de alta pureza AA1199 (99,995% Al) e das ligas de alumínio AA1050 (Fe+Si0,5%) e AA4006 (Fe+Si1,8%) produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo. Os resultados obtidos evidenciaram que as microestruturas das ligas AA4006 DC e AA4006 TRC são distintas, sendo observada maior fração volumétrica dos precipitados na liga fabricada pelo processo TRC comparativamente ao DC. Para caracterizar o comportamento de corrosão foram realizados ensaios de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica e Polarização Potenciodinâmica, que mostraram a maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo TRC em comparação ao processo DC. Além disso, foi verificada, em ordem decrescente, uma maior resistência à corrosão do alumínio AA1050, seguida pela superfície da liga AA4006 e por fim, pelo centro da chapa desta última. Os resultados obtidos por espectroscopia de impedância eletroquímica para as ligas AA4006 fabricadas pelo processo TRC apresentaram melhor desempenho que o processo DC, principalmente em intervalos de 2 a 12 horas de imersão na solução de sulfato de sódio contaminada com íons cloreto. Para tempos de imersão acima de 4 horas foi observado comportamento indutivo em baixas frequências para os dois tipos de processamento investigados, o que foi associado à adsorção de espécies químicas, principalmente íons sulfato e oxigênio, na interface metal/óxido. As curvas de polarização anódica mostraram maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo viii TRC em comparação ao processo DC. Este comportamento foi associado às diferentes características microestruturais, observadas para liga AA4006 obtida pelos dois processos.

Efeito da temperatura de revenimento sobre o grau de sensitização e resistência à corrosão por pite de aços inoxidáveis supermartensíticos contendo 13% Cr, 5% Ni, com e sem adições de Nb e Mo.

O desenvolvimento dos aços inoxidáveis Super-Martensíticos (SM) nasce da necessidade de implementar novas tecnologias, mais econômicas e amigáveis ao meio ambiente. Os aços inoxidáveis SM são uma derivação dos aços inoxidáveis martensíticos convencionais, diferenciando-se basicamente no menor teor de carbono, na adição de Ni e Mo. Foram desenvolvidos como uma alternativa para aços inoxidáveis duplex no uso de dutos para a extração de petróleo offshore em meados dos anos 90. Para que esses aços apresentem as propriedades mecânicas de resistência à tração e tenacidade é necessário que sejam realizados tratamentos de austenitização, seguido de têmpera, e de revenimento, onde, particularmente para este último, há várias opções de tempos e temperaturas. Como os tratamentos térmicos geram as propriedades mecânicas através de transformações de fase (precipitação) podem ocorrer alterações da resistência à corrosão. São conhecidos os efeitos benéficos da adição de Nb em aços inoxidáveis tradicionais. Por isso, o objetivo desta pesquisa foi estudar aços inoxidáveis SM contendo Nb. Foi pesquisada a influência da temperatura de revenimento sobre a resistência à corrosão de três aços inoxidáveis SM, os quais contêm 13% Cr, 5% Ni, 1% a 2% Mo, com e sem adições de Nb. No presente trabalho, foram denominados de SM2MoNb, SM2Mo e SM1MoNb, que representam aços com 2% Mo, 1% Mo e 0,11% Nb. Dado que os principais tipos de corrosão para aços inoxidáveis são a corrosão por pite (por cloreto) e a corrosão intergranular (sensitização), optou-se por determinar os Potenciais de Pite (Ep) e os Graus de Sensitização (GS) em função da temperatura de revenimento. Os aços passaram por recozimento a 1050°C por 48 horas, para eliminação de fase ferrita delta. Em seguida foram tratados a 1050 °C por 30 minutos, com resfriamento ao ar, para uniformização do tamanho de grão. A estrutura martensítica obtida recebeu tratamentos de revenimento em temperaturas de: 550 °C, 575 °C, 600 °C, 625 °C, 650 °C e 700 °C, por 2 horas. O GS foi medido através da técnica de reativação eletroquímica potenciodinâmica na versão ciclo duplo (DL-EPR), utilizando-se eletrólito de 1M H2SO4 + 0,01M KSCN. Para determinar o Ep foram realizados ensaios de polarização potenciodinâmica em 0,6M NaCl. Os resultados obtidos foram discutidos através das variações microestruturais encontradas. Foram empregadas técnicas de microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), simulação termodinâmica de fases através do programa Thermo-Calc e determinação de austenita revertida mediante difração de raios X (DRX) e ferritoscópio. A quantificação da austenita por DRX identificou que a partir de 600 °C há formação desta fase, apresentando máximo em 650 °C, e novamente diminuindo para zero a 700 °C. Por sua vez, o método do ferritoscópio detectou austenita nas condições em que a analise de DRX indicou valor nulo, sendo as mais críticas a do material temperado (sem revenimento) e do aço revenido a 700 °C. Propõe-se que tais diferenças entre os dois métodos se deve à morfologia fina da austenia retida, a qual deve estar localizada entre as agulhas de martensita. Os resultados foram discutidos em termos da precipitação de Cr23C6, Mo6C, NbC, fase Chi, austenita e ferrita, bem como das consequências do empobrecimento em Cr e Mo, gerados por tais microconstituintes. São propostos três mecanismos para explicar a sensitização: o primeiro é devido a precipitação de Cr23C6, o segundo a precipitação de fase Chi (rica em Cr e Mo) e o terceiro é devido a formação de ferrita durante o revenimento. O melhor desempenho quanto ao GS foi obtido para os revenimentos a 575 °C e 600°C, por 2 horas. Os resultados de Ep indicaram que o aço SM2MoNb, revenido a 575°C, tem o melhor desempenho quanto à resistência à corrosão por cloreto. Isso associado ao baixo GS coloca este aço, com este tratamento térmico, numa posição de destaque para aplicações onde a resistência à corrosão é um critério de seleção de material, uma vez que, segundo a literatura a temperatura de 575 °C está no intervalo de temperaturas de revenimento onde são obtidas as melhores propriedades mecânicas.

Green Nanosilver as Reinforcing Eco-Friendly Additive to Epoxy Coating for Augmented Anticorrosive and Antimicrobial Behavior

Epoxy resin GY250 representing diglycidyl ethers of bisphenol-A (DGEBA) was reinforced with 1, 3 and 5 wt % of surface functionalized silver nanoparticles (F-AgNPs) which were synthesized using Couroupita guianensis leaves extract with a view of augmenting the corrosion control property of the epoxy resin and also imparting antimicrobial activity to epoxy coatings on mild steel. Corrosion resistance of the coatings was evaluated by EIS, potentiodynamic polarization studies and cross scratch tests. AFM, SEM, HRTEM and EDX were utilized to investigate the surface topography, morphology and elemental composition of the coatings on MS specimens. Results showed that the corrosion resistance, hardness and T-g of the DGEBA/F-AgNPs coatings increased at 1 wt % of F-AgNPs. The DGEBA/F-AgNPs coatings also offered manifold antimicrobial protection to the MS surfaces by inhibiting the growth of biofilm forming bacteria like P. aeruginosa, B. subtilis, the most common human pathogen E. coli and the most virulent human pathogenic yeast C. albicans.

Avaliação da corrosão microbiológica do aço carbono 1020 em água do mar sintética na presença de bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) possuem um papel importante na corrosão de ligas metálicas expostas em hábitats marinhos, óleos e solos úmidos. A redução do sulfato por estas bactérias resulta na produção de H2S, podendo influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais. Neste trabalho, o comportamento da corrosão microbiológica no aço carbono AISI 1020 foi avaliada em meio Postgate C, na presença e na ausência de BRS, as quais foram isoladas da camada de ferrugem presente numa tubulação submersa da Baía de Guanabara RJ. A taxa de corrosão e o comportamento eletroquímico do aço nas duas condições foram investigados através dos métodos de perda de massa e de polarização potenciodinâmica. A formação do biofilme e dos produtos de corrosão na superfície do aço foram observados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Em complementação, foi realizada a quantificação das BRS (planctônicas e sésseis) pelo método do número mais provável (NMP). A presença de BRS no meio ocasionou o deslocamento do potencial de corrosão para valores mais negativos em todos os tempos de ensaio estudados, indicando um aumento no processo corrosivo. Nos ensaios de perda de massa, a taxa de corrosão do aço carbono foi maior na ausência de BRS, provavelmente devido à formação de um biofilme na superfície do metal nos ensaios com inóculo, e a uma menor tendência de haver corrosão generalizada neste tipo de meio. As micrografias de MEV revelaram a presença de agregado celular na superfície do aço carbono durante o experimento, e a presença de pites profundos após remoção do biofilme, mostrando prevalência deste tipo de corrosão. Com 35 dias de ensaio, a densidade de corrente de corrosão aumentou na presença de BRS

Avaliação de aminoácidos como inibidores de corrosão para cobre em meio de água do mar artificial

Inibidores de corrosão são substâncias que quando adicionadas a um meio agressivo, diminuem ou previnem a reação de oxidação de um metal com este meio e/ou as reações de redução de espécies presentes no meio. Para a inibição da corrosão de cobre e suas ligas em meios ácidos ou neutros, o inibidor mais empregado é o benzotriazol (BTAH), o qual forma complexos com os íons Cu (I) e Cu (II) na superfície do metal, diminuindo o processo corrosivo. A preocupação com a preservação ambiental e a toxicidade de inibidores de corrosão vem sendo discutida na literatura. Vários estudos têm-se intensificado usando aminoácidos, como proposta para substituição ao BTAH, considerado tóxico. Entre os aminoácidos estudados, dois apresentavam enxofre em suas moléculas (cisteína e metionina) e um outro sem heteroátomo na cadeira lateral (glicina). As concentrações variaram entre 10-2 a 10-4 mol/L e pH da solução entre 7,2 e 8,4. Foram realizadas medidas gravimétricas (ensaios de imersão total) e técnicas eletroquímicas, tais como polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A caracterização morfológica da superfície do substrato após os ensaios de imersão total (743 horas) foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS ou EDX) e difração de raios X (DRX). Embora os resultados com aminoácidos tenham sido sempre muito inferiores àqueles obtidos na presença de BTAH, comportamentos semelhantes em função da concentração dos aminoácidos puderam ser observados pelos diagramas de Nyquist. Contudo, com exceção dos resultados verificados para o meio contendo cisteína 10-2 mol/L, todas as eficiências de inibição para os meios contendo aminoácidos, obtidas pelos ensaios de imersão total, foram negativas, mostrando que o tempo de exposição também pode ser relevante para o desempenho destes inibidores. Entre todos os aminoácidos testados, os meios contendo glicina apresentaram os piores desempenhos anticorrosivos, inclusive acelerando o processo de dissolução anódica do cobre. Esse resultado pode estar relacionado à faixa de pH das soluções testadas e à solubilidade dos complexos de cobre formados com os aminoácidos, mostrando que uma faixa ótima de pH também deve ser assegurada para aprimorar a ação destes aminoácidos como inibidores de corrosão

Avaliação de biocidas no controle da corrosão microbiologicamente induzida do aço carbono 1020 por bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) são os principais micro-organismos envolvidos na corrosão microbiologicamente induzida (CMI). Estas bactérias reduzem o sulfato, tendo como resultado a produção de H2S, o que pode influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais metálicos em ambientes marinhos, óleos e solos úmidos. Uma das formas de prevenir e controlar esse tipo de corrosão é a adição de biocidas ao meio corrosivo. Esta dissertação tem como objetivo avaliar o uso de biocidas no controle da CMI do aço AISI 1020 por BRS. Para isto, o comportamento da CMI no aço foi avaliado em água do mar sintética, em condições de anaerobiose, na ausência e na presença de uma cultura mista contendo BRS. Um biocida natural (óleo de alho) e outro comercial (glutaraldeído) foram utilizados para controlar a corrosão causada por estas bactérias. Duas formas de adição de biocida foram avaliadas: antes da formação do biofilme e após sua formação na superfície do metal. O crescimento microbiano na superfície do aço foi avaliado através da quantificação das BRS sésseis, pelo método do número mais provável (NMP). O comportamento eletroquímico do aço, na ausência e na presença de BRS e também para os ensaios com biocidas, foi estudado através das técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e polarização potenciodinâmica, sempre usando água do mar sintética como meio eletrolítico. A formação de biofilme e de produtos de corrosão na superfície do aço foi observada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o aço exposto ao meio contendo BRS apresentou um processo corrosivo mais acelerado, quando comparado aos sistemas na ausência de micro-organismo. Esse processo foi evidenciado por um decréscimo na magnitude do arco capacitivo, nos ensaios de EIE, e um aumento da densidade de corrente de corrosão (Icorr), nos ensaios de polarização. Na análise de MEV, foi possível observar a formação de corrosão localizada após a remoção do biofilme da superfície. Os ensaios com biocidas, adicionados antes da formação de biofilmes, mostraram uma redução no número de bactérias sésseis, quando comparados com os ensaios sem biocida realizados pelo mesmo período de tempo (7 dias). Foi verificado também um decréscimo do processo corrosivo do aço, evidenciado através de aumento nos arcos capacitivos, nos ensaios de EIE e pelos menores valores de Icorr nos ensaios de polarização, quando comparados com o biofilme formado sem biocidas, nas mesmas condições. Apesar de não ter inibido completamente o crescimento das BRS sésseis, o óleo de alho apresentou maior redução no processo corrosivo quando comparado ao glutaraldeído, indicando sua possível aplicação como biocida natural nestas condições. Os ensaios realizados com biocidas adicionados após a formação do biofilme mostraram que o glutaraldeído apresentou alta eficácia em reduzir o número de células sésseis. Já o óleo de alho exibiu uma ação menos efetiva, sugerindo que este composto não conseguiu penetrar completamente a matriz do biofilme. Entretanto, ambos causaram aceleração do processo corrosivo do aço no meio estudado após 7 dias de exposição

Eletrodeposição de revestimentos funcionais compósitos Cu/partículas de óxidos de alumínio

Revestimentos funcionais compósitos são um atrativo tecnológico crescente, pois possibilitam a combinação de materiais metálicos, poliméricos ou cerâmicos, resultando em propriedades superiores as dos materiais individuais, sendo por este motivo, largamente aplicados na engenharia de materiais. Na presente dissertação, foram produzidos revestimentos compósitos por eletrodeposição através da codeposição de uma matriz metálica de cobre e de partículas de óxidos de alumínio incorporadas (g - Al2O3 ou AlO(OH)), sobre substratos de aço carbono, a partir de diferentes banhos eletrolíticos. Três etapas foram efetuadas, na primeira realizou-se o estudo da influência do modo de agitação e da presença ou não de ligantes (citrato de sódio 1,00 mol/L) nos teores de cobre e alumina nos revestimentos produzidos. Em seguida foi avaliada a ação de complexantes (citrato de sódio 1,00 mol/L e pirofosfato de potássio 0,90 mol/L) usando polarização potenciodinâmica e voltametria cíclica, em conjunto com microbalança eletroquímica de cristal de quartzo (EQCM) e a posterior produção de revestimentos compósitos a partir de banhos contendo CuSO4 0,02 mol/L + pirofosfato de potássio 0,90 mol/L + 20 g/L de alumina, variando a densidade de corrente aplicada (I), a velocidade de agitação do eletrodo rotatório (A) e o do tempo de agitação prévia (t). Por fim, na terceira etapa, fez-se a substituição de alumina por Boehmita e a produção dos revestimentos a partir de banhos contendo CuSO4 0,02 mol/L + pirofosfato de potássio 0,90 mol/L + 20 g/L de Boehmita, empregando um planejamento composto central, em que os parâmetros citados também foram variados. Os resultados mostraram que a presença de um ligante e a agitação prévia e continuada do eletrólito durante o experimento foram fundamentais para a produção dos revestimentos compósitos. Ensaios de EQCM mostraram que o citrato se adsorveu na superfície do eletrodo de ouro, diferentemente do pirofosfato. Os teores de Boehmita e cobre nos revestimentos produzidos, assim como a morfologia, resistência de polarização e densidade de corrente de corrosão dos revestimentos foram influenciados pelos parâmetros avaliados.

Some new triazole derivatives as inhibitors for mild steel corrosion in acidic medium

Two triazole derivatives, 3,4-dichloro-acetophenone-O-1'-(1',3',4'-triazolyl)-methaneoxime (4-DTM) and 2,5-dichloro-acetophenone-O-1'-(1',3',4'-triazolyl)-methaneoxime (5-DTM) were synthesized, and the inhibition effects for mild steel in 1 M HCl solutions were investigated by weight loss measurements, electrochemical tests and scanning electronic microscopy (SEM). The weight loss measurements showed that these compounds have excellent inhibiting effect at a concentration of 1.0 x 10(-3) M. The potentiodynamic polarization experiment revealed that the triazole derivatives are inhibitors of mixed-type and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) confirmed that changes in the impedance parameters (R-ct and C-dl) are due to surface adsorption. The inhibition efficiencies obtained from weight loss measurements and electrochemical tests were in good agreement. Adsorption followed the Langmuir isotherm with negative values of the free energy of adsorption Delta G(ads)(o). The thermodynamic parameters of adsorption were determined and are discussed. Results show that both 4-DTM and 5-DTM are good inhibitors for mild steel in acid media.

Teor crítico de cloretos para iniciação da corrosão do aço no betão: influência do estado de superfície da armadura

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica - Processos Químicos

Corrosion and Wear Studies of Cr3C2NiCr-HVOF Coatings Sprayed on AA7050 T7 Under Cooling

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Microstructure and corrosion resistance of inorganic-organic (ZrO2-PMMA) hybrid coating on stainless steel

Zirconia-polymethylmetacrylate hybrids prepared by a sol-gel method were deposited by dip-coating on stainless steel to improve the resistance against wet corrosion. The effect of the concentration of polymethylmetacrylate and the number of coating applications on the microstructure and corrosion performance of coated samples was investigated. The microstructural properties of samples was analyzed by scanning electron and atomic force microscopy, adhesion tests and profilemeter measurements. The electrochemical corrosion was evaluated through potentiodynamic polarization curves at room temperature. Results show that the sample prepared with 17 vol.% of polymethylmethacrylate has a maximum corrosion resistance, smaller roughness, are hermetic and adherent to the substrate. This film increases the life time of the stainless steel by a factor 30. (C) 1999 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Electrochemical impedance spectroscopy characterization of passive film formed on implant Ti-6Al-7Nb alloy in Hank's solution

The influence of potential on electrochemical behavior of Ti-6Al-7Nb alloy under simulate physiological conditions was investigated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The experimental results were compared with those obtained by potentiodynamic polarization curves. All measurements were carried out in Hank's aerated solution at 25degreesC, at pH 7.8 and at different potentials (corrosion potential, 0 mV(SCE), 1000 mV(SCE), and 2000 mV(SCE)). The EIS spectra exhibited a two-step or a two-time constant system, suggesting the formation of a two-layer oxide film on the metal surface. The high corrosion resistance, displayed by this alloy in electrochemical polarization tests, is due to the dense inner layer, while its osseointegration ability can be ascribed to the presence of the outer porous layer. (C) 2004 Kluwer Academic Publishers.

Desenvolvimento de revestimentos híbridos do sistema siloxano-PMMA com aplicações anticorrosivas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)