Investigando corrosão eletroquímica em liga de Mg

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13250 (2023) Citar este artigo

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O desenvolvimento de estratégias para prevenir a corrosão na interface de ligas metálicas diferentes é um desafio devido à presença de distribuição heterogênea de pares galvânicos e características microestruturais que alteram significativamente a taxa de corrosão. O desenvolvimento de estratégias para mitigar esta corrosão interfacial requer uma compreensão quantitativa e correlativa de sua reação eletroquímica superficial. Neste trabalho, a microscopia de varredura de impedância de células eletroquímicas (SECCIM) foi empregada para estudar a corrosão local específica na região interfacial de ligas dissimilares, como AZ31 (liga de magnésio) e DP590 (aço) soldadas usando a técnica Friction-stir Assisted Scribe ( RÁPIDO). Aqui, SECCM e SECCIM foram utilizados para realizar mapeamento correlativo da impedância eletroquímica local, espectroscópica e polarização potenciodinâmica para medir o efeito de mudanças eletrônicas e microestruturais na região interfacial soldada na cinética de corrosão. A caracterização microestrutural, incluindo microscopia eletrônica de varredura e difração de retroespalhamento de elétrons, foi realizada para correlacionar mudanças nas características microestruturais e químicas com as propriedades eletrônicas correspondentes que afetam o comportamento da corrosão. As variações no potencial de corrosão, na densidade da corrente de corrosão e no comportamento da espectroscopia de impedância eletroquímica em toda a interface fornecem insights mais profundos sobre a região interfacial - que é química e microestruturalmente distinta do AZ31 e do DP590 nus, o que pode ajudar a prevenir a corrosão em estruturas metálicas diferentes.

Técnicas de sonda de varredura de alta resolução, como microscopia eletroquímica de varredura (SECM) e técnica de eletrodo vibratório de varredura (SVET), foram desenvolvidas para estudar interfaces eletrólito líquido e cinética de transferência de elétrons. SECM usa um microeletrodo imerso em um eletrólito para sondar as propriedades de transferência de elétrons de um substrato, enquanto SVET usa um microeletrodo vibratório para medir gradientes potenciodinâmicos acima de uma superfície. Como os microeletrodos em SECM e SVET são geralmente usados ​​em altura constante (especialmente para geração de imagens), eles não são tão sensíveis a mudanças na corrente faradaica nos limites dos grãos ou na microestrutura . Embora algumas melhorias no SECM aumentem a resolução o suficiente para revelar os limites dos grãos2,3, ele tem limitações devido ao alargamento difusional durante a geração de imagens porque o microeletrodo não entra em contato com a amostra4. Técnicas de medição de corrosão microscópicas baseadas em gotículas recentemente desenvolvidas, como a microscopia de varredura de células eletroquímicas (SECCM), são usadas para capturar respostas eletroquímicas de regiões localizadas ou confinadas que podem realizar sondagens de alta resolução de limites de grãos, defeitos e microestruturas . Uma sonda microscópica (< 1 µm de diâmetro) com canal de cano único ou duplo é preenchida com eletrólito líquido e usada como ponta para medições. No final da ponta, uma gota formada pela tensão superficial é utilizada como ponto de contato com o substrato. Técnicas de sonda de alta resolução, como SECCM, têm vantagens de registrar sinais eletroquímicos de características microscópicas em materiais metálicos, como orientação de grãos, limites de grãos, segundas fases e propriedades específicas de precipitado, que permitem medições muito específicas do local . Além disso, o SECCM oferece tempo controlado de exposição ao substrato/eletrólito, o que é especialmente importante para amostras propensas à corrosão11,12.

A soldagem por fricção e mistura (FSW) é uma técnica de união em fase sólida amplamente utilizada para unir materiais semelhantes e dissimilares13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Atualmente, o FSW é utilizado em indústrias como automobilística, aeroespacial, construção naval e ferrovias24,25,26. Recentemente, esforços foram feitos para unir materiais diferentes com uma grande diferença de temperatura de fusão, como ligas de Al ao aço e ligas de Mg ao aço, usando uma nova técnica de escriba assistida por fricção (FAST) . Nesse processo, um escriba na ponta da ponta da ferramenta desenvolve recursos mecânicos para unir dois materiais. Durante o processo FAST, uma série de zonas microestruturais se desenvolvem em toda a região soldada, incluindo a zona de agitação (SZ), zona afetada termomecanicamente e zona afetada pelo calor. Cada zona passa por um processo termomecânico diferente e desenvolve estrutura de grão distinta, densidade de deslocamento, distribuição de segundas fases e características de precipitado. Além disso, as características microestruturais das zonas correspondentes determinam as suscetibilidades individuais à corrosão . A intensa força de cisalhamento e o aquecimento por fricção fazem com que o SZ desenvolva a microestrutura mais refinada e complexa, o que complica ainda mais o comportamento de corrosão no SZ30. Vários estudos foram realizados para examinar as propriedades de corrosão de juntas de Mg e aço, que utilizaram principalmente técnicas de polarização potenciodinâmica (PD) em massa para estudar a resistência à corrosão de toda a amostra contendo a região interfacial. Gupta et al. investigou as propriedades de corrosão da soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW) ligada ao aço inoxidável austênio 304L. Fases de austentita e ferrita foram observadas na zona de solda com frações volumétricas variadas, o que leva a diferentes propriedades de corrosão (isto é, resistência à corrosão e corrosão por pite)31. Sidhu et al. usaram técnicas de corrosão em massa para entender o efeito do processo FSW na junta de ligas de Al e Mg, o que sugeriu que as técnicas de FSW produzem maior resistência à corrosão com base nas curvas de polarização PD . Zhang et al. analisaram os efeitos dos revestimentos de Ni nos aços inoxidáveis ​​DP590 e 304 e encontraram um aumento na resistência à corrosão33. Estes estudos sugerem que a porção de união dos dois metais semelhantes possui propriedades eletrônicas distintas, que afetam o metal unido como um todo. Kim et al. estudaram os efeitos da adição de Al em juntas soldadas por fricção AZ31B e encontraram uma melhoria de 55% na resistência à corrosão da junta, onde a resistência à corrosão foi avaliada através da coleta de H2 e da técnica de PD em massa34. Esses autores sugeriram que a formação contínua de partículas in situ de Mg17Al12 e sua distribuição ao longo dos limites dos grãos pode ter contribuído para melhorar a resistência à corrosão. No entanto, nenhum dado eletroquímico dos contornos de grão com presença de partículas de Mg17Al12 foi fornecido para apoiar a postulação.