Avaliação da resistência à corrosão do aço SAE 1020 nitretado e com filme de DLC, utilizando-se como soluções eletrolíticas suor artificial e NaCl 3,5%

Abstract

Durante seu processo de produção e utilização, diversos produtos, ferramentas e equipamentos metálicos podem entrar em contato com o suor humano. Devido à sua composição ácida e salina, o suor pode ter ação corrosiva nos metais, promovendo sua degradação. Os filmes de Diamond-like carbon (DLC) são extensamente empregados na indústria devido à suas propriedades mecânicas e tribológicas. Além disso, a inércia química e a baixa condutividade elétrica do revestimento podem melhorar a resistência à corrosão de componentes quando depositado em materiais metálicos, devido à seu efeito de barreira. A melhora da resistência à corrosão do aço revestido por DLC em soluções salinas é comprovada, mas não há estudos que avaliem o suor como meio corrosivo. Esse trabalho propõe a avaliação da resistência à corrosão do aço SAE 1020 nitretado e revestido por DLC em uma solução de suor artificial e em uma solução de NaCl 3,5 %. A influência da topografia também foi analisada, a fim de avaliar-se o efeito de defeitos no filme na resistência à corrosão. As topografias foram obtidas por jateamento e por lixamento, e o tratamento à plasma foi realizado em atmosfera composta por N2, H2 e CH4 durante a nitretação, e H2, CH4, Ar e C6H18OSi2 durante a deposição do DLC. Os filmes foram avaliados por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), interferometria óptica, espectroscopia Raman, e ensaios tribológicos de durabilidade. Os filmes depositados em substrato lixado apresentaram menor quantidade de defeitos e melhor desempenho tribológico, em comparação com os revestimentos depositados em substrato jateado. Não houve variação estrutura entre os filmes depositados em topografias diferentes. Técnicas eletroquímicas de potencial de circuito aberto (PCA) e polarização potenciodinâmica cíclica (PPC) foram empregadas para caracterizar a resistência à corrosão das amostras revestidas. Constatou-se melhora na resistência à corrosão das amostras revestidas em ambos meios corrosivos. Na solução salina, observou-se diminuição da corrente de corrosão (icorr) e aumento do potencial de corrosão (Ecorr) nas amostras revestidas, e que o efeito da corrosão é relacionado com a quantidade de defeitos no filme. Na solução de suor artificial, observou-se a formação de uma região passiva durante o ensaio de PCA; no entanto, a quantidade de defeitos alterou apenas os valores de icorr, não exercendo influência nos valores de Ecorr obtidos. Foi observada maior degradação dos revestimentos de DLC após os ensaios em solução de suor artificial, em comparação com as amostras ensaiadas em solução salina.

Metallic products, tools and machines are frequently exposed to human sweat during its fabrication and use. Due to its acidic and saline composition, sweat can act as a corrosive media when in contact with metals, promoting its degradation. Diamond-like carbon (DLC) films are extensively used in the industry due to its mechanical properties. Its high chemical stability and low electrical conductivity can be used to improve the corrosion resistance of metals, due to its barrier effect. The improvement of the corrosion resistance of DLC-coated mild steel is established, but there are no studies on the evaluation of sweat as corrosive media. This work proposes the evaluation of the corrosion resistance of nitrided and DLC-coated SAE 1020 steel in artificial sweat and in a 3.5 % NaCl solution. The influence of the topography was also analyzed, in order to evaluate the effect of film defects on corrosion resistance. The topographies were obtained through blasting and through grinding, and the plasma treatment was conducted in an atmosphere containing N2, H2 and CH4 during nitriding, and in an atmosphere containing H2, CH4, Ar and C6H18OSi2 during the DLC deposition. The films were characterized through scanning electron microscopy (SEM), optical interferometry, Raman spectroscopy, and durability tribological testing. The DLC of the ground samples had less defects and better tribological performance, and there was no structure variation between the films of different topographies. OCP and PPC electrochemical corrosion techniques were used to characterize the corrosion resistance of the coated samples. There was improvement of corrosion inhibition on the coated samples, in both of the corrosive media. In the salt solution, the corrosion current (icorr) decreased and the corrosion potential (Ecorr) increased in the coated samples, and it the results showed that the sample corrosion is greatly related to the defects of the films. A passive region was formed in the artificial sweat tests. However, for the sweat solution the amount of the effects altered only the icorr, showing that, regardless of the coating chemical inertness, the sweat solution is more aggressive to the films.