Resistência à corrosão em meio salino e à oxidação em elevadas temperaturas de uma liga Cu-Al-Ni-Mn com efeito memória de forma, processada por conformação por spray
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Walney Silva Araujo
Marcello Rosa Dumont
Dalila Chaves Sicupira
Marcello Rosa Dumont
Dalila Chaves Sicupira
Resumo
As ligas dos sistemas Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Al e Ni-Ti pertencem a classe das ligas com efeito
memória de forma (LMF). O interesse no estudo do cobre como base das LMF surge do fato
destas ligas serem mais baratas que as ligas de Ni-Ti e apresentarem melhores propriedades em
aplicações específicas. Neste trabalho, as propriedades eletroquímicas de uma LMF Cu 11.85Al-3.2Ni-3Mn (% em massa) processada por spray-forming foram avaliadas por
espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) em solução aquosa de NaCl a 3,5% m/v. A
liga LMF estudada foi laminada a quente e tratada termicamente a 250 °C e 550 °C
anteriormente aos testes eletroquímicos. O efeito da corrosão na superfície das amostras foi
analisado por Difratometria de Raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e
espectroscopia dispersiva em energia (EDS). A análise por DRX mostrou a formação de
austenita após o tratamento térmico a 550 °C. A análise de EDS identificou um enriquecimento
de alumínio e manganês na superfície da liga, por serem os elementos mais ativos, cujos óxidos
apresentam maior valor absoluto de energia livre de formação negativa. A impedância da liga
não tratada e tratada termicamente a 550 ºC aumentou duas ordens de grandeza à medida que o
tempo de imersão aumentou até 286 h devido à formação de óxidos protetores. A liga tratada
termicamente a 250 ºC apresentou a menor resistência à corrosão após 286 h de imersão em
solução salina. O comportamento oxidativo isotérmico em atmosfera de oxigênio da LMF
também foi estudado na faixa de temperatura de 500 ºC– 900 ºC pelo método termogravimétrico
(TG/DTA). A curva TGA mostrou que a liga possui características de oxidação isotérmica
parabólica. A caracterização da liga oxidada foi realizada por análises de MEV, EDS e
espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS). A análise por XPS identificou que os produtos
de oxidação presentes foram, principalmente, MnO2, MnO/Mn2O3 e Al2O3.
Abstract
The Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Al, and Ni-Ti alloy systems belong to the class of shape memory alloys
(SMAs). The interest in studying copper-based SMAs arises from the fact that these alloys are
more cost-effective than Ni-Ti alloys and exhibit better properties for specific applications. In
this work, the electrochemical properties of a Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn (wt.%) SMA processed
by spray forming were evaluated using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in a
3.5% m/v NaCl aqueous solution. The SMA alloy studied was hot-rolled and heat-treated at
250 °C and 550 °C prior to electrochemical testing. The effect of corrosion on the sample
surfaces was analyzed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM),
and energy-dispersive spectroscopy (EDS). XRD analysis showed the formation of austenite
after heat treatment at 550 °C. EDS analysis identified an enrichment of aluminum and
manganese on the alloy surface, as these are the most active elements whose oxides have a
higher absolute value of negative free energy of formation. The impedance of the untreated
alloy and the alloy heat-treated at 550 °C increased by two orders of magnitude as immersion
time increased up to 286 hours due to the formation of protective oxides. The alloy heat-treated
at 250 °C exhibited the lowest corrosion resistance after 286 hours of immersion in a saline
solution. The isothermal oxidation behavior in an oxygen atmosphere of the SMA was also
studied in the temperature range of 500–900 °C using the thermogravimetric method
(TG/DTA). The TGA curve showed that the alloy exhibits parabolic isothermal oxidation
characteristics. The characterization of the oxidized alloy was carried out using SEM, EDS, and
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XPS analysis identified that the main corrosion
products present were MnO2, MnO/Mn2O3, and Al2O3.
Assunto
Engenharia mecânica, Oxidação, Corrosão, Ligas (Metalurgia), Ligas - Oxidação, Ligas com efeito de memória
Palavras-chave
Corrosão, Liga memória de forma, Cu-Al-Ni-Mn, Espectroscopia de Impedância eletroquímica, Oxidação