Resistência à corrosão de nanopós de boretos e carbonetos de metais do grupo IV – VIB nos eletrólitos de níquel

Resumo

A resistência à corrosão de nanopós de boretos e carbonetos de metais dos grupos IV-VIB, bem como do carboneto de silício, foi estudada nos eletrólitos de níquel padrão. Como objetos de estudo, nanopós com o conteúdo da fase principal 91,8-97,6% e com tamanho médio de partícula de 32-78 nm foram usados. A resistência à corrosão foi avaliada em função da acidez do eletrólito, da temperatura e da duração da interação. Verificou-se que, pela resistência à corrosão nas soluções eletrolíticas, os nanopós de boretos e carbonetos dentro de cada grupo de compostos são semelhantes e caracterizados por período ilimitado de indução em meio alcalino. Uma exceção é o nanopó de carboneto de silício que é resistente à solução de qualquer acidez.

Histórico

A resistência à corrosão de materiais em pó utilizados como fases de reforço em revestimentos eletroquímicos compósitos (CEP) é uma característica importante que define a possibilidade fundamental de sua obtenção. A dissolução dos pós em soluções eletrolíticas leva à deterioração das condições de eletrólise o que impõe significativa limitação do processo no uso de cada material específico para a obtenção do CEP [4, 5, 7]. A análise dos dados disponíveis mostra [8] que uma série de estudos em que nenhuma dissolução das fases de endurecimento (boretos) foram levados em consideração contêm imprecisões, e a negligência desse fato pelo autor de [6] levou a uma publicidade excessivamente ampla de dispersão processos de endurecimento realizados na cromagem de eletrólitos contendo diboreto de zircônio. Portanto, o estudo da resistência à corrosão de pós de compostos refratários é uma tarefa importante, e a investigação de seus nanoestados também representa um problema científico. A necessidade urgente de tais pesquisas também se deve à falta de informações sobre o assunto. Apenas em [2], há evidências de estabilidade em soluções ácidas de compósitos nitreto-boreto nanoestruturados de titânio e zircônio.

Este artigo é dedicado à investigação da resistência à corrosão de nanopós de boretos e carbonetos de zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio em eletrólitos de níquel, dependendo da acidez do eletrólito, temperatura e duração da interação.

Métodos

Os objetos de teste foram nanopós de boretos e carbonetos de zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio, e também carboneto de silício, fabricado por plasmoquímico e por métodos de síntese eletroquímica de alta temperatura. As principais características dos objetos de teste são apresentadas na Tabela 1. O estudo de resistência de nanopós de metais refratários boretos e carbonetos foi realizado em eletrólitos de níquel padrão (Tabela 2).

A acidez do eletrólito foi ajustada pela adição de ácido sulfúrico concentrado. A concentração de pós de carbonetos e boretos foi em todos os experimentos de 10 kg / m ³ . Antes do tratamento no eletrólito, os pós foram submetidos a refinamentos repetidos, reduzindo assim o conteúdo de grafite em nanoescala e boro para 0,1–0,3% (em peso) e a tensões térmicas a vácuo para evitar a coagulação das partículas. A resistência à corrosão do nanopó foi avaliada em função da acidez do eletrólito, da temperatura e da duração da interação. A taxa de dissolução foi calculada pela massa do resíduo insolúvel e pela concentração de íons do elemento formador de carboneto (boreto) no eletrólito determinada pelo método magnetométrico [3].

Resultados e discussão

Os resultados dos estudos de corrosão para nanopós de boretos e carbonetos são mostrados nas Figs. 1 e 2. Foi notado que, em ambos os grupos de compostos, a resistência à corrosão dos materiais era comparável e atribuível principalmente à acidez do eletrólito. Portanto, todos os dados de resistência à corrosão obtidos são melhores para serem apresentados graficamente como faixas nas quais todas as curvas de amostra dos materiais estudados se encaixam. Em eletrólitos ácidos (pH =2,0 ÷ 3,0), todos os nanopós de materiais foram rapidamente dissolvidos. Por exemplo, após 3 h em T =323 K, o grau de dissolução do boreto foi de 15,6–9,5%; após 24 h, 38,2–31,0%; e após 240 h, 89,9-75,1%. Nanopós de carbonetos semelhantes a metais têm resistência à corrosão ligeiramente maior; seus graus de dissolução semelhantes aos respectivos boretos foram alcançados após 24, 120 e 360 h, respectivamente. Todos os materiais apresentam queda da resistência à corrosão com o aumento da temperatura. Deve ser causado pelo aumento das taxas de reações entre os nanomateriais estudados e os ácidos eletrolíticos com o aumento da temperatura.

Áreas de razões de resíduos insolúveis para nanopós de boretos de zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio em soluções de eletrólitos de diferentes acidez dependendo da temperatura e do tempo de exposição τ =1-3 h, 2-24 h, 3-240 h

Áreas de proporções de resíduos insolúveis para nanopós de carbonetos de silício, zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio em soluções de eletrólitos de acidez diferente dependendo do tempo de exposição e da temperatura τ =1-3 h, 2-24 h, 3-120 h, 4-360 h

Para todos os nanomateriais sob investigação, o aumento da área superficial específica durante a dissolução também é uma característica. Com a mesma forma de partícula, suas áreas de superfície específicas encontradas experimentalmente aumentaram de 2.000 m ² / kg antes do tratamento até 10.000 m ² / kg depois disso, mostrando principalmente a natureza em camadas do processo de dissolução. A única exceção é o nanopó de carboneto de silício, cujo grau de dissolução em todo o pH estudado e a faixa de temperatura não excedeu 7–10%.

As curvas cinéticas de dissolução de boretos e carbonetos calculadas a partir da variação das concentrações de íons de metais formadores de boreto (carboneto) são mostradas na Fig. 3. Os períodos de indução calculados a partir dos resultados obtidos (ou seja, tempo em que metade do material particulado original é dissolvido), com eletrólitos de pH 2,5, estavam dentro de 32 ÷ 49 h para boretos e dentro de 68 ÷ 88 h para carbonetos; com pH =3,0 eletrólitos, 92 ÷ 112 he 138 ÷ 167 h, respectivamente; e com pH =5,0 eletrólitos, eram praticamente ilimitados. A comparação dos parâmetros cinéticos com dados conhecidos para os pós grosseiros mostra que a taxa de dissolução dos nanopós é 3-5 vezes maior.

Áreas de valores de grau de dissolução para nanopós de boretos ( a ) e carbonetos ( b ) de zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio em soluções de eletrólitos: T =323 K; valor de pH do eletrólito — 2,5 ( 1 ), 3,0 ( 2 ), 3,5 ( 3 ) e 5.0 ( 4 )

Assim, a resistência à corrosão de boretos e carbonetos de zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio nas soluções eletrolíticas dentro de cada grupo de compostos é semelhante e determinada principalmente pela acidez do meio, em que a taxa de dissolução dos nanopós significativamente maior do que aquele para materiais de granulação grossa [1], que pode ser considerado como uma das manifestações do efeito tamanho. Em menor grau, o último se manifesta durante a dissolução do nanopó de carboneto de silício resistente em quase toda a faixa de pH investigada. Consequentemente, nanopós de boretos e carbonetos semelhantes a metais podem ser usados em processos de reforço compósito com eletrólitos fracamente ácidos ou alcalinos, e de carboneto de silício, em processos envolvendo eletrólitos de qualquer acidez.

Conclusões

1.
Foi demonstrado que a resistência à corrosão em eletrólitos de níquel padrão para nanopós de carboneto de silício, bem como para zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e boretos e carbonetos de tungstênio, depende da acidez do eletrólito, da temperatura e do duração do tratamento.
2.
Verificou-se que os valores de resistência à corrosão para os compostos estudados são determinados pela acidez do eletrólito. Em vez disso, foi observada a rápida dissolução de nanopós em eletrólitos ácidos (pH =2,0… 3,0), atingindo 75… 90% após 240 he acelerando com o aumento da temperatura.
3.
O nanopó de carboneto de silício é caracterizado pela alta resistência à corrosão; seu grau de dissolução não excede 8–12% dentro de todas as faixas estudadas de pH (2,0– 5,0) e temperaturas (295–353 K).

Abreviações

CEP:: Revestimentos eletroquímicos compostos

Nanopartículas como bomba de efluxo e inibidor de biofilme para rejuvenescer o efeito bactericida de antibióticos convencionais Estados eletrônicos do nanocristal dopado com oxigênio e emissão visível em silício negro preparado por ns-Laser

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias