Aplicação do modelo ohmico no controle do transporte de massa e carga em sonda eletroquímica aplicada na detecção de fases deletérias em aços duplex

Abstract

Resumo: Os aços inoxidáveis duplex são amplamente utilizados na indústria por suas excelentes propriedades mecânicas, como resistência à fadiga, dureza e elevada resistência à corrosão (uniforme e localizada). Contudo, reações de separação de fases durante processamentos termomecânicos podem gerar fases intermetálicas de elementos estabilizadores da ferrita, compromete a resistência à corrosão e a tenacidade do material. Eletroquimicamente, a fase sigma apresenta potencial distinto da matriz metálica, favorecendo micro células galvânicas e acelerando corrosão localizada, especialmente intergranular e por pites nas interfaces sigma-matriz. A voltametria de varredura linear (VVL) destaca-se como técnica sensível para identificar pequenas concentrações de fase sigma. Embora usualmente considerada destrutiva, pode ser classificada como ensaio não destrutivo quando realizada sob parâmetros experimentais otimizados, como amplitude de potencial e tempo de análise controlados, evitando alterações significativas no material. Este estudo desenvolveu uma célula eletroquímica baseada no modelo ôhmico de formação de óxidos, explorando a alta concentração de cromo da fase sigma. A sonda eletroquímica foi projetada com conceitos de microeletrodos, um novo eletrodo de referência e uma solução seletiva com aditivos para aumento da viscosidade, assegurando o controle do transporte de massa e carga. Foram produzidas amostras do aço inoxidável duplex UNS S31803 com diferentes teores de fase sigma. Os resultados mostraram que soluções mais viscosas proporcionaram melhor controle na formação dos óxidos, permitindo velocidades de varredura mais altas e maior sensibilidade da técnica. Houve correlação direta entre os parâmetros de corrente de pico (Ip) e carga de pico (qp) com a raiz quadrada da velocidade de varredura (v¹/²) em relação à fase sigma. O modelo proposto possibilitou a detecção de até 0,4% de fase sigma, demonstrando que a abordagem fundamentada no modelo ôhmico consolida a voltametria de varredura linear como um ensaio não destrutivo eficaz e confiável para aplicações industriais.

Abstract: Duplex stainless steels are widely used in industry for their excellent mechanical properties, such as fatigue resistance, hardness, and high corrosion resistance (uniform and localized). However, phase separation reactions during thermomechanical processing can generate deleterious intermetallic phases, such as the sigma phase (??), which, due to its hardness, brittleness, and high concentration of ferrite stabilizing elements, compromises the resistance to corrosion and the toughness of the material. Electrochemically, the sigma phase has a potential distinct from the metallic matrix, favoring galvanic microcells and accelerating localized corrosion, especially intergranular and pitting at sigma-matrix interfaces. Linear scanning voltammetry (LSV) is a sensitive technique for identifying small sigma phase concentrations. Although usually considered destructive, it can be classified as nondestructive testing when performed under optimized experimental parameters, such as potential amplitude and controlled analysis time, avoiding significant changes in the material. This study developed an electrochemical cell based on the ohmic model of oxide formation, exploiting the high concentration of chromium in the sigma phase. The electrochemical probe was designed with microelectrode concepts, a new reference electrode, and a selective solution with additives to increase viscosity, ensuring control of mass and charge transport. The duplex stainless steel UNS S31803 samples with different sigma phase contents were produced. The results showed that more viscous solutions provided better control in the formation of oxides, allowing higher scanning speeds and greater sensitivity of the technique. There was a direct correlation between the parameters of peak current (Ip) and peak load (qp) with the square root of the scan speed (v¹/²) concerning the sigma phase. The proposed model enabled the detection of up to 0.4% of the sigma phase, demonstrating that the approach based on the ohmic model consolidates linear scanning voltammetry as an effective and reliable nondestructive test for industrial applications.