Avaliação da corrosão por picadas por análise dinâmica do padrão de manchas

Jan 30, 2024

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8549 (2023) Cite este artigo

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Há um interesse crescente em abordagens não destrutivas e de alta resolução em tempo real para estudos de corrosão em metais. Neste artigo, propomos o método do padrão speckle dinâmico como uma técnica óptica de baixo custo, fácil de implementar e quase in-situ para a avaliação quantitativa da corrosão por pites. Este tipo de corrosão ocorre em uma área específica de uma estrutura metálica e causa a formação de buracos que levam à falha estrutural. Uma amostra de aço inoxidável Custom 450, colocada em solução de NaCl a 3,5% em peso e aplicada a um potencial \(350 \,\hbox {mV}_{SCE}\) para iniciar a corrosão, é usada como amostra. Os padrões de manchas formados pela dispersão de uma luz laser He-Ne são alterados ao longo do tempo devido a qualquer corrosão na amostra. A análise do padrão de speckle integrado no tempo sugere que a taxa de crescimento do pitting diminui com o tempo.

O processo de adsorção do íon cloreto (\(\hbox {Cl}^-\)) pode alterar a condutividade iônica de filmes passivos; como resultado, alguns metais são propensos à formação de pites. Devido à hidrólise dentro do poço, os íons de cloreto movidos para dentro do poço para atingir a neutralidade elétrica são adsorvidos na superfície do poço, levando à propagação do pitting1. Uma vez que um ambiente corrosivo é combinado com um ambiente concentrador de tensão, pode ocorrer trinca por corrosão sob tensão (SCC). A caracterização da progressão do dano é essencial para aumentar a segurança e minimizar o custo econômico do sistema2. Métodos experimentais, como corrente parasita, medições eletroquímicas3, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (SEM), difração de raios X4,5,6, microscopia de força atômica (AFM)7 e holografia digital8 podem fornecer informações úteis sobre corrosão por pite. Quando uma luz coerente ilumina uma amostra áspera, forma-se um padrão de speckle dinâmico de tal forma que qualquer movimento na superfície externa ou na estrutura interna da amostra em estudo pode mudar isso ao longo do tempo. A análise estatística desses padrões de speckle fornece informações importantes sobre a amostra dinâmica9,10.

Há um interesse crescente em usar o método de padrão de speckle dinâmico nas ciências da vida e dos materiais11,12,13. Para diversas aplicações, o método tem sido usado para monitoramento de fluxo sanguíneo11, caracterização de superfície de polímero14,15, análise de sementes16 e frutas17, avaliação de atividade parasitária18, análise de estrutura óssea19, exame da secagem de tintas20, detecção de imperfeições da subsuperfície em compósitos multicamadas21. A técnica também tem mostrado resultados promissores em estudos de corrosão, como a aplicação de interferometria eletrônica de padrão speckle (ESPI) e correlação digital de speckle (DSC), para a detecção de corrosão, pite e corrosão em fresta22,23. Fricke-Begemann et al.24 examinaram as mudanças microtopográficas de uma superfície metálica durante um processo de corrosão usando decorrelação de campos speckle dispersos. Além disso, os processos de corrosão superficial de um ferro (Fe) imerso em ácido sulfúrico foram estudados utilizando a interferometria digital de padrão speckle (DSPI) por Andrés et al.25.

Neste artigo, apresentamos a utilização da abordagem de padrão dinâmico de manchas para avaliação quantitativa da corrosão por pite em uma amostra metálica. A fim de provar a capacidade e eficácia do método proposto, a análise dinâmica de padrões de speckle é realizada para o monitoramento em tempo real da corrosão por pites em uma amostra de aço inoxidável Custom 450. A característica significativa deste trabalho é a introdução de uma abordagem quasi in-situ simples para avaliação quantitativa da corrosão, que pode não ser alcançada por sistemas de microscopia convencionais.

Um pedaço de aço inoxidável Custom 450 foi extraído de uma turbina a gás do tipo quadro instalada em uma usina de energia à beira-mar, especificamente, da parte do cubo de uma pá com falha que estava no primeiro estágio da pá do compressor. Uma máquina de descarga elétrica de fio foi usada para cortar a amostra em uma dimensão desejada (0,5\(\vezes 74\vezes \)5 \(\hbox {mm}^3\)). As propriedades mecânicas e de corrosão do material da amostra foram descritas em outro lugar4,26,27. A amostra foi lixada mecanicamente por uma série de lixas úmidas de carboneto de silício com tamanhos de grão #100, #220, #400, #600, #800, #1000, #2000 e #3000. Em seguida, foi polido com solução de alumina 2,5 \(\mu \)m para obter uma lisura espelhada antes de ser limpo com álcool.