Influência da natureza do meio nas propriedades semicondutoras do filme passivo formado em aço inoxidável AISI304 e sua relação com a corrosão localizada

Abstract

Resumo: Os aços inoxidáveis são materiais que apresentam alta resistência à corrosão generalizada, porém, em determinadas condições ambientais são bastante suscetíveis à corrosão localizada. O "pitting" ocorre como resultado da ruptura local do filme passivo protetor, produzindo perfurações estreitas e profundas no material. O filme passivo formado nos aços inoxidáveis possui propriedades semicondutoras e conhecer sua estrutura eletrônica pode fornecer informações valiosas referentes à resistência à corrosão desses materiais. A partir da aplicação de técnicas eletroquímicas como voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica e obtenção dos gráficos de Mott-Schottky, o comportamento do aço inoxidável AISI304 foi avaliado em meios eletrolíticos que simulam a água natural de circulação de um sistema de refrigeração. As soluções aquosas foram preparadas em um tampão de pH 8 e continham diferentes concentrações de sulfato de sódio, cloreto de sódio e hidróxido de amônio. As voltametrias cíclicas indicaram o efeito inibidor dos íons sulfatos na corrosão por pites do aço inoxidável. O efeito mais pronunciado ocorreu na solução onde a proporção entre a concentração molar do íon inibidor sulfato e do íon agressivo cloreto foi de 1:1. Nas medidas de espectrosocopia de impedância eletroquímica, os valores obtidos para a resistência á transferência de carga corroboraram os resultados das voltametrias cíclicas variando entre 0,4 e 0,7 M Ômega cm2. O filme passivo formado no aço inoxidável AISI 304 apresentou comportamento semicondutor, em todos os meios estudados concordando com o modelo de presença do óxido de cromo (Cr2O3) na camada mais interna e do óxido de ferro (Gama-Fe2O3), na região mais externa do filme. Os filmes passivos formados apresentaram-se altamente dopados, com valores de densidade de dopantes na ordem de 1020-21 cm-1 e foi possível correlacionar o aumento nos valores com o aumento da concentração de íons em solução. A maior diferença entre o potencial de corrosão e o potencial de banda plana foi encontrado nas soluções onde o material apresentou menor suscetibilidade à corrosão.

Abstract: Stainless steels have high general corrosion resistance. However, at some conditions, they are susceptible to localized corrosion. Pitting occurs as a result of local rupture of the protective passive film, which produces narrow and deep holes on the material. The passive films formed on stainless steels presents semiconducting properties and to know their electronic structure can provide valuable information about their corrosion resistance. The application of electrochemical techniques, as cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and Mott-Schottky plots provided the evaluation of AISI304 stainless steel behavior in simulated media of circulating water from cooling system. The aqueous solutions were prepared in a pH 8 buffer with distinct compositions of sodium chloride, sodium sulphate and ammonium hydroxide from maximum and minimum values of each salt. The cyclic voltammetry results indicated the inhibitory effect of sulfate ions on pitting corrosion of stainless steel. The most pronounced effect occurred in the solution with 1:1 ratio between the molar concentration of the sulfate inhibitor ion and the aggressive chloride ion. The results obtained from electrochemical impedance spectroscopy measures corroborated the corrosion behavior founded in the voltammetries. The values of the charge transfer resistance ranged from 0,4 to 0,7 M Ômega cm2. The passive film formed on stainless steel presented semiconducting behavior in all the medias studied. It had also confirmed the model that present an inner chromium oxide (Cr2O3) layer and an outer iron oxide (Gama-Fe2O3). The passive films are high doped, with dopant density in the range of 1020-21 cm-1. The increase of solution concentration was proportional to the increase of the dopant's density. The biggest difference between the corrosion potential and flatband potential were obtained in the solutions where the material showed less susceptibility to corrosion.