Papel da camada superficial nanogranulada gradiente no comportamento de corrosão da liga de alumínio 7075

npj Materials Degradation volume 6, Número do artigo: 62 (2022) Citar este artigo

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Estruturas nanogranuladas de gradiente têm sido uma técnica promissora para evitar o trade-off resistência-dutilidade em metais e ligas. Portanto, neste trabalho, investigou-se o efeito do tratamento mecânico de atrito superficial (SMAT) na microestrutura e no comportamento à corrosão da liga de alumínio de alta resistência. O SMAT foi realizado em temperatura ambiente e condições de fluxo de nitrogênio líquido (LN2) para gerar duas microestruturas de gradiente inicial distintas. Foram realizados ensaios de polarização potenciodinâmica, espectroscopia de impedância eletroquímica e corrosão intergranular. A caracterização do filme de superfície de amostras não tratadas e tratadas foi realizada usando espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e técnicas de espectroscopia de massa de íons secundários de tempo de voo. O resultado revela alterações microestruturais significativas nas amostras processadas pelo SMAT, como a formação de precipitados e a dissolução de fases inerentes. Além disso, uma taxa de dissolução anódica reduzida foi observada com as amostras processadas SMAT. Além disso, a caracterização do filme superficial revelou um filme de óxido mais espesso com enriquecimento de Cu e SiO2 nas amostras SMAT.

A nanoestrutura de gradiente (GNS), uma classe de materiais heteroestruturais, ganhou atenção considerável na comunidade de materiais devido à sua capacidade de obter uma combinação de alta resistência e ductilidade sem alterar a composição geral da liga1,2,3,4. Essas propriedades são derivadas do fortalecimento induzido por heterodeformação e endurecimento por deformação pela interação sinérgica entre zonas duras e moles5,6. Os materiais GNS também mostraram melhorias promissoras nas propriedades sensíveis à superfície, como fadiga, desgaste, fadiga por corrosão e comportamento de corrosão dos materiais7,8,9,10. Mesmo com diversas vantagens, a aplicabilidade desses materiais não atingiu todo o seu potencial devido às limitações no processamento de amostras volumosas com microestrutura controlada por propriedades mecânicas6,10,11.

A estrutura nanogranulada gradiente, como o próprio nome sugere, consiste em uma estrutura de superfície de grãos nanocristalinos cuja magnitude em tamanho aumenta gradualmente quanto mais longe da superfície você estiver. Em particular, a nanocristalização de superfície (SNC) com os nanogrãos na superfície pode ser obtida por meio de várias técnicas de deformação plástica severa, como tratamento de atrito mecânico de superfície (SMAT)12, shot peening ultrassônico13, jateamento14, laser shock peening (LSP)15 e rápido múltiplas rotações rolando16. Entre eles, o SMAT provou ser eficiente em produzir o menor tamanho de grão possível na superfície livre e um gradiente apreciável de várias centenas de mícrons de profundidade no volume da amostra. Esse gradiente se forma como resultado de impactos hertzianos dinâmicos do meio de moagem com a superfície livre da amostra, que induzem um valor de deformação cumulativamente alto. Geralmente, os meios de moagem utilizados durante o SMAT são compostos por uma química diferente da amostra subjacente a ser processada17. A física e a natureza dos impactos ocorrem milhões de vezes, introduzindo assim uma maneira de transferir material. Ou seja, os impactos repetitivos de alta taxa e a elevação local da temperatura fornecem um ambiente no qual os coeficientes de difusão atômica e a reatividade química são aprimorados, facilitando a criação de ligas na superfície livre da amostra. Se projetado corretamente, a alta reatividade da camada superficial e a fácil difusão dos elementos de liga através dos limites de grão dos nanogrãos fornecem uma maneira eficiente de criar um revestimento resistente à corrosão com microestrutura favorável12,18. Por exemplo, a temperatura na qual o SMAT é realizado foi correlacionada com o grau de refinamento de grão que ocorre na superfície livre, bem como a profundidade do gradiente formado19,20,21,22,23. Isso também é verdadeiro em relação ao grau de contaminante e sua mistura com o material de base. Em particular, o SMAT em temperatura criogênica mostrou uma maior redução do tamanho de grão no cobre puro devido a uma mudança no modo de deformação subjacente19. Além do crio-SNC, as ligas preparadas por meio de outro processamento termomecânico criogênico, como crio-laminação24 e crio-extrusão25, mostraram maior resistência e ductilidade em comparação com suas contrapartes processadas em temperatura ambiente. Em grande parte, o processamento SMAT foi realizado em um ambiente universitário em geometrias simplificadas de pequena escala, como placas planas. No entanto, versões recentemente modificadas do equipamento de processamento SMAT utilizando vibrações acústicas em vez do tradicional tremor de mudanças estão permitindo que o SMAT seja aplicado a tubos/cilindros e até fios finos9,26,27. Outras modalidades do equipamento de processamento SMAT empregaram o uso de técnicas de polimento montadas em máquinas controladas por computador para permitir ainda maior flexibilidade, permitindo potencialmente o processamento in-situ de peças2,28,29. Embora sistemas industriais como a tecnologia MELDTM30 tenham sido desenvolvidos para lidar com peças de maior escala e mais complexas, a integração dessa tecnologia ainda está em seus estágios iniciais em aplicações industriais.