Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/33003
Type: Dissertação
Title: Análise comparativa da anodização eletroquímica para obtenção de nanotubos de titânia em substratos α-Ti e β-TiNi
Other Titles: Comparative analysis of electrochemical anodization of α-Ti e β-TiNi substrates to achieve titania nanotubes formation
Authors: Pedro Damas Resende
First Advisor: Vicente Tadeu Lopes Buono
First Referee: Leandro de Arruda Santos
Second Referee: Dalila Chaves Sicupira
Abstract: O titânio e suas ligas são materiais amplamente explorados devido às suas características de boa resistência mecânica e à corrosão, biocompatibilidade, propriedades catalíticas, entre outras. Parte destes campos de utilização se devem à camada de titânia formada em sua superfície, o que torna de primeira importância o controle da morfologia deste filme. Diversas técnicas de finalização de superfícies de titânio são propostas, desde métodos mecânicos e químicos até ópticos. Métodos eletroquímicos são formas eficazes de se funcionalizar uma superfície, pois são de fácil controle operacional, boa relação de custobenefício, alta reprodutibilidade e fácil aplicação em peças de geometrias complicadas. A anodização eletroquímica para obtenção de estruturas nanotubulares de titânia é amplamente estudada em substratos de titânio comercialmente puro e ligas de baixa adição, que possuem em comum o fato de formarem majoritariamente a fase α-Ti. A compreensão de como estes processos podem ser utilizados com mesma finalidade em ligas de estrutura β é escassa. Um exemplo de liga exclusivamente β é o NiTi, que foi utilizado para entender a diferença entre processos aplicados em cada tipo de substrato. Foram utilizadas tiras de titânio puro e de NiTi obtidas comercialmente. Ambos materiais tiveram estrutura investigada e sua superfície foi caracterizada anteriormente aos processos de adequação superficial e após a finalização desta etapa. As amostras foram anodizadas em eletrólitos de composição 0,2%m. NH4F, 1%v. H2O em etilenoglicol. Os potenciais de anodização escolhidos foram 5, 15, 25, 45 e 60 V com duração total de 3 h. As amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e as características morfológicas foram observadas por programa de análise de imagens. No titânio puro foram obtidas superfícies de estrutura nanotubular em todas as condições de anodização estudadas, ao contrário do ocorrido para o substrato de NiTi. Neste, apenas a amostra de 5 V apresentou formação similar à amostra de titânio. Amostras obtidas sob potenciais de 15 e 25 V apresentaram formações de aspecto tubular, porém sobre uma matriz porosa e não organizada. As amostras de NiTi anodizadas a 45 e 60 V sofreram corrosão por pite. O mecanismo de crescimento dos filmes anódicos é semelhante, porém apresenta menor organização observada na interface metal/óxido. Foi possível concluir que a obtenção de nanotubos de titânia em substrato de NiTi é viável, assim como no titânio. Os potenciais de anodização eletroquímica do NiTi capazes de produzir esta morfologia devem ser escolhidos cuidadosamente, uma vez que este substrato é mais susceptível à degradação do filme anódico formado.
Abstract: Titanium and its alloys are widely explored in science and technological applications due to its intrinsic characteristics of high mechanical and corrosion resistance, biocompatibility, catalytical properties, among others. Many of these applications are suitable due to the natural titania coat that forms on top of the base metal, which makes its morphology control a primary concern. Several surface finishing techniques have been proposed throughout the years to achieve this goal, since mechanical or chemical to optical processes. Electrochemical processes are efficient ways to functionalize the surface of a base metal once they have relatively easy operational control, are cost-effective, are reproducible and are easy to apply even in complex-shaped pieces. Nanotubular titania films obtained by electrochemical anodization are widely explored in the literature for commercialy pure titanium or mostly α alloys. There is a lack of comprehension how these processes can be used to produce the same kind of nanostructures in pure β alloys. One example of exclusively β alloy is the TiNi phase, which was used to better understand the mechanisms involved in its eletrochemical anodization. Commercially pure titanium and TiNi strips were used in this work. Both materials had its structure determined by X-Ray diffraction and were characterized prior to the electrochemical anodization as well as after the anodic process. The samples were anodized in a electrolyte with a composition of 0,2%m. NH4F, 1%v. H2O in ethyleneglycol. The chosen anodization potentials were 5, 15, 25, 45 and 60 V. The process was set to have 3 hours of duration. The samples were characterized by scanning electron microscopy and its morphological features were assessed by a difital image analyzer. All anodization conditions lead to the formation of nanotubular titania in commercially pure titanium. The same behavior was not observed for TiNi alloys, as the only condition that produced an uniform anodic film was at the anodization potential of 5 V. As the potential increased to 15 and 25 V the degree of organization of the nanostructures was lost and some tubular structures could be observed in a spongy-like oxide matrix. TiNi samples anodized at 45 and 60 V undergone severe corrosion damage and no nanotube formation could be observed. The growth mechanisms of the anodic films seem to be similar for both kinds of substrates, but the result of the TiNi metal/oxide interface has lower degree of organization. It can be concluded that the growth of titania nanotubes in TiNi substrates is feasible as it is in pure titanium substrate. But it is important to choose the anodization potential carefully because the anodic film produced on top of TiNi samples is more prone to suffer degradation from the anodic process du to its higher reactivity.
Subject: Materiais
Ciência dos materiais
Anodização
Titânio - Metalurgia
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/33003
Issue Date: 17-Feb-2020
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