Revestimientos a base de sílica e ácido fosfônico para proteção anticorrosiva da liga de alumínio AA2024-T3
Authors:   , Dalmoro Viviane 
Published: September 2023

The aluminum alloy AA2024-T3, u sed extensively in the aerospace industry, dueto the heterogeneous microstructures
intentionally designed to optím ize the m echanical properties, is very susceptible to localízed corros ion. In order to preven! the
corros ion several surface treatments have been investigated to replace the chromate treatment and, in thís way, sílica based
films can be regarded as a promising alternatíve.
The aim ofthis work ís the obtaíníng, development and characterízation offilms vinyltrímethoxysilane (VfMS) combíned wíth
tetraethylorthosílícate (TEOS) or y-glycídoxypropyltrímethoxysílane in the presence and absence of ethylenedíamíne
tetrametílene phosphoníc a cid (EDTPO) as pretreatments agaínst corros ion of alumínum alloy AA2024-T3 in NaCI 0.05 mol
L-1. Furthermore, ít was investígated the effect of addíng clayto sol-gel hybríd matríx and sílica nanoparticles to the matrix of
VfMS/GPTMS films containing EDTPO. Different ratios of precursor and silica concentrations of phosphonic acid andel ay
were evaluated. The anticorrosíve properties ofthe alloycoated with the modífied sílíca films were studied using
electrochemical impedance spectroscopy (El S) after different immersion times. The chemical structure ofthe films and the
starting solutíons were characterízed by ínfrared spectroscopy (FT-IR), whíle the morphology and com posítion of the film s
were examíned on usíng Scanníng Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy X-Ray (E O X) and 1 or
Photoelectron Spectroscopy X-Ray (XPS). The results obtained were posítive for the corros ion protectíon of AA2024 using the
coatings obtaíned by the sol-gel method and modífied with phosphonic a cid.
Mer optimization ofthe coatings of silica and silica/phosphonic acid we applied !he bes! systems as anticorrosíve
pretreatments and adhesion promoters for one epoxy primer paínt. Accelerated corros ion tests allowed check the beneficia!
action ofthe silica layer as anchoring system for the epoxy paint. lt was found that the systems composed by: silica/epoxy
paint and silica + phosphonic acid/epoxy paint and silica/ epoxy paint modified with conducting polymer provide effective
corros ion protection for the alloy AA2024-T3.
The results deríved from the present thesis have been accepted or have been sent for publicatíon in ínternational journals
and also reported in sorne international congresses, as we point below:
[1] V. Dalmoro, J . H. Z. dos Santos, E. Armelin, C. Alemán, O. S. Azambuja, Phosphonic acid/silica-based films: A potential
treatm en! for corros ion protection, Corros. Sci. 60 (2012) 173-180.
[2] V. Dalmoro, J. H. Z. dos Santos, E. Armelín, C. Alemán, D. S. Azambuja, A synergistic combination oftetraethylorthosilicate
and multiphosphonic acid offers excellent corros ion protectíon to AA1100 aluminum alloy, Appl. Surf. Sci . 273 (2013)
758-768.
[3] V. Dalmoro, J . H. Z. dos Santos, l. M. I.M. Baibich, E. Armelin, C. Alemán, O. S. Azambuja Cooperatíve effect between
VfMS/TEOS and phosphonic acid for corros ion protection of AA2024, Submitted, 2013.
[4] V. Dalmoro, J. H. Z. dos Santos, E. Armelín, C. Alemán, D. S. Azambuja, Organosílane and Montmorílloníte-based hybríd
films produced by sol-gel: A potencial treatrnent for corros ion of AA2024, Manuscript on preparation, 2013.
[5] V. Dalmoro, J. H. Z. dos Santos, E. Armelin, C. Alemán, D. S. Azambuja, Characterization ofTEOS/phosphoníc acíd films,
63rd Annual Meeting of lnternatíonal Socíety of Electrochem ís try 19-24 August 2012, Prague, Chech Republíc
A liga de alumínio AA2024-T3, extensivamente empregada na indústria aeronáutica, devido as microestruturas heterogêneas intencionalmente desenvolvidas para otimizar as propriedades mecânicas é susceptível a corrosão localizada. Com o intuito de prevenir a corrosão vários tratamentos de superfície têm sido investigados para substituir o tratamento de cromatização, e os filmes a base de sílica podem ser considerados como uma alternativa promissora.
O objetivo deste trabalho é a obtenção, desenvolvimento e caracterização de filmes de viniltrimetoxisilano (VTMS) combinado com tetraetilortosilicato (TEOS) ou γ-glicidiloxipropiltrimetoxisilano (GPTMS) na presença e na ausência de ácido 1,2-diaminoetanotetrametileno fosfônico (EDTPO) como pré-tratamentos contra a corrosão da liga de alumínio AA2024-T3 em NaCl 0,05 mol L-1. Além disso, foi investigado o efeito da adição de argila na matriz híbrida sol-gel e de nanopartículas de sílica na matriz VTMS/GPTMS contendo EDTPO. Diferentes razões de precursores de sílica e concentrações de ácido fosfônico e de argila foram avaliadas. As propriedades anticorrosivas da liga com os filmes foram estudadas usando espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) após diferentes tempos de imersão. A estrutura química dos filmes e das soluções de partida foi determinada por espectroscopia de infravermelho (FT-IR), enquanto que a morfologia e composição dos filmes foram examindas através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX) e/ou Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X (XPS). Os resultados alcançados foram satisfatórios para a proteção contra a corrosão da AA2024 utilizando os revestimentos obtidos a partir do processo sol-gel e modificados com ácido fosfônico.
Após a otimização dos revestimentos de sílica e de sílica/ácido fosfônicos estes sistemas foram avaliados como pré-tratamentos anticorrosivos e promotores de adesão de pintura epóxi comercial. Ensaios acelerados de corrosão permitiram comprovar a ação benéfica da camada de sílica como sistema de ancoragem da pintura epóxi. Foi verificado que os sistemas constituídos por sílica/pintura epóxi, sílica + ácido fosfônico/pintura epóxi e sílica/pintura epóxi modificada com polímero condutor propiciam uma efetiva proteção contra a corrosão da AA2024-T3.
La aleación de aluminio AA2024-T3, que se utiliza ampliamente en la industria aeronáutica, debido a las microestructuras heterogéneas intencionadamente diseñadas para optimizar las propiedades mecánicas, es muy susceptible a la corrosión localizada. Para prevenir la corrosión diversos tratamientos de superficie han sido investigados para reemplazar el tratamiento con cromato, en este sentido las películas a base de sílice constituyen una alternativa prometedora.
El objetivo de este trabajo es la obtención, desarrollo y caracterización de películas de viniltrimetoxisilano (VTMS) combinado con tetraetilortosilicato (TEOS) o γ-glicidiloxipropiltrimetoxisilano (GPTMS) en presencia y ausencia de ácido etilendiamina tetrametilenofosfônico (EDTPO) como tratamientos previos contra la corrosión de la aleación de aluminio AA2024-T3 en NaCl 0,05 mol L- 1. Por otro lado, se investigó el efecto de la adición de arcilla en la matriz híbrida y la presencia de nanopartículas de sílice a la matriz sol-gel VTMS/GPTMS que contienen EDTPO. Se evaluaron diferentes proporciones de concentraciones de sílice y precursores de ácido fosfónico y arcilla. Las propiedades anticorrosivas de la aleación recubierta con los filmes de sílice modificados se estudiaron mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) después de diferentes tiempos de inmersión. La estructura química de los filmes y de las soluciones de partida se caracterizaron por espectroscopia de infrarrojo (FT-IR), mientras que la morfología y la composición se examinaron por microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de energía dispersiva de rayos-X (EDX) y/o espectroscopia de fotoelectrones de rayos-X (XPS). Los resultados obtenidos son positivos para la protección contra la corrosión del AA2024-T3 con el uso de los recubrimientos preparados con el método sol-gel y modificado con ácido fosfónico.
Después de la optimización de los recubrimientos de sílice y sílice/ácido fosfónico, se aplicó los mejores sistemas como tratamientos anticorrosivos y promotores de la adherencia de una pintura epoxi de imprimación. Los ensayos de corrosión acelerados permitieron comprobar la acción beneficiosa de la capa de sílice como sistema de anclaje de la pintura epoxi. Se encontró que los sistemas compuestos por: la sílica/pintura epoxi, sílica + ácido fosfónico/pintura epoxi y sílica/pintura epoxi modificada con polímero conductor proporcionan una protección eficaz contra la corrosión de la aleación AA2024-T3.