Resistência à Corrosão de Nanopós de Boretos e Carbetos em Eletrolitos de Níquel: Influência de Acidez, Temperatura e Tempo de Exposição

Resumo

Investigamos o comportamento de corrosão de nanopós de alta pureza (91,8–97,6% fase principal, tamanho médio 32–78 nm) de boretos e carbetos de metais dos grupos IV–VIB, mais carboneto de silício, em banhos padrão de eletrolito de níquel. A resistência à corrosão foi quantificada como função de pH do eletrolito, temperatura e duração da exposição. Resultados mostram que nanopós de boretos e carbetos dentro de cada grupo exibem resistência comparável, com períodos de indução essencialmente infinitos em meios alcalinos. Nanopós de carboneto de silício, no entanto, permanecem altamente resistentes em todas as condições ácidas testadas.

Introdução

O desempenho de revestimentos eletroquímicos compostos (CEC) depende da estabilidade à corrosão de seus pós de reforço. Dissolução indesejada de fases endurecedoras (ex.: boretos) no eletrolito pode comprometer a integridade do revestimento e limitar a seleção de materiais. Estudos prévios frequentemente negligenciaram a dissolução do pó, levando a alegações otimistas sobre endurecimento por dispersão em banhos crômicos contendo diboreto de zircônio. Consequentemente, avaliação sistemática de nanopós de compostos refratários em eletrolitos de níquel é essencial, especialmente dada a escassez de dados sobre boretos e carbetos nanoestruturados. Este trabalho foca na resistência à corrosão de nanopós de boretos e carbetos de zircônio, titânio, vanádio, cromo, molibdênio e tungstênio, bem como carboneto de silício, em banhos de níquel sob pH, temperatura e tempo de exposição variados.

Métodos

Nanopós de boretos e carbetos foram sintetizados via rotas plasmoquímicas e eletroquímicas de alta temperatura; características-chave estão listadas na Tabela 1. Testes de corrosão empregaram formulações padrão de eletrolito de níquel (ver Tabela 2). Acidez do eletrolito foi ajustada com ácido sulfúrico concentrado. Concentração de pó foi mantida a 10 kg/m³. Antes dos testes, pós passaram por refino repetido para reduzir impurezas nanoescalares de grafite e boro a 0,1–0,3% (peso) e aplicar estresse térmico a vácuo, prevenindo aglomeração. Taxas de dissolução foram determinadas a partir de perda de massa do resíduo insolúvel e medições de concentração iônica no eletrolito usando técnica magnetométrica.

Resultados e Discussão

O comportamento de corrosão de nanopós de boretos e carbetos é ilustrado nas Figs. 1 e 2. Ambos os grupos mostram suscetibilidade similar, governada principalmente pela acidez do eletrolito. Em banhos ácidos (pH = 2,0–3,0), ocorre dissolução rápida: após 3 h a 323 K, dissolução de boretos varia de 9,5% a 15,6%; após 24 h, 31,0–38,2%; após 240 h, 75,1–89,9%. Carbetos metálicos exibem resistência ligeiramente maior, com níveis de dissolução comparáveis atingidos após 24, 120 e 360 h, respectivamente. Elevação de temperatura consistentemente acelera corrosão, refletindo taxas de reação aumentadas entre nanomateriais e espécies ácidas.

Todos os nanomateriais investigados experimentaram aumento pronunciado na área de superfície específica durante dissolução — subindo de ~2.000 m²/kg pré-tratamento para ~10.000 m²/kg pós-tratamento — indicativo de mecanismo de dissolução em camadas. Carboneto de silício manteve exclusivamente grau de dissolução abaixo de 10% em toda a faixa de pH e temperatura estudada.

A Figura 3 apresenta curvas cinéticas de dissolução derivadas de mudanças de concentração iônica. Períodos de indução — definidos como tempo para dissolver 50% da massa inicial — foram 32–49 h para boretos e 68–88 h para carbetos a pH 2,5; 92–112 h e 138–167 h a pH 3,0; e efetivamente infinitos a pH 5,0. Comparados a pós de grão grosso, a taxa de dissolução de nanopós é 3–5× maior, ressaltando efeito de tamanho pronunciado.

Em resumo, nanopós de boretos e carbetos dos metais estudados exibem resistência à corrosão comparável em eletrolitos de níquel, largamente ditada pela acidez do eletrolito. Suas taxas de dissolução são marcadamente maiores que análogos de grão grosso, clara manifestação do efeito na nanoescala. Nanopós de carboneto de silício permanecem excepcionalmente resistentes em quase todos os valores de pH testados, tornando-os adequados para ampla gama de processos eletroquímicos.

Conclusões

1. A resistência à corrosão de nanopós de boretos, carbetos e carboneto de silício em eletrolitos de níquel depende de acidez do eletrolito, temperatura e duração da exposição.
2. Em banhos ácidos (pH = 2,0–3,0), nanopós dissolvem rapidamente — atingindo 75–90% após 240 h — e esta taxa acelera com temperatura.
3. Nanopós de carboneto de silício mostram estabilidade excepcional; dissolução nunca excede 12% em pH 2,0–5,0 e temperaturas 295–353 K.