Efeitos de recobrimentos óxidos multicomponentes obtidos por PEO nas propriedades eletroquímicas do titânio comercialmente puro

Abstract

Titânio e suas ligas encontram aplicações militares e civis específicas devido a uma relação custo-benefício nem sempre interessante, apesar de possuírem extraordinárias propriedades químicas e físicas. Usinas nucleoelétricas de água pressurizada, por exemplo, constroem condensadores resfriados com água do mar e com tubulações de titânio comercialmente puro devido a resistência à corrosão e confiabilidade exigidas. Russos também já aplicaram titânio em cascos de submarinos por estes mesmos motivos aliados à resistência mecânica específica e à sua discrição magnética. Americanos o empregam nas estruturas de aeronaves de alto desempenho pela leveza e ponto de fusão superior ao do alumínio. Embora o titânio, protegido pela sua camada passiva, já possua elevada resistência à corrosão, modificações superficiais via oxidação eletrolítica assistida por plasma (PEO) podem ampliar esta resistência pelo espessamento da camada protetora, no entanto também aumentam a sua rugosidade e até promovem um comportamento superhidrofílico. O aumento da resistência à corrosão é interessante aos condensadores das usinas nucleoelétricas, mas o aumento da rugosidade e a superhidrofilicidade são inoportunas por favorecer a fixação de organismos marinhos e suas colônias. Contudo, este conjunto de novas características é especialmente interessante às aplicações biomédicas, pois a reação do organismo aos biomateriais implantados reduz o pH da área exposta ao ataque corrosivo, podendo evoluir a uma forma de corrosão localizada, como a formação de pites de corrosão. O risco deste tipo de degradação é minimizado pelo aumento da resistência eletroquímica da camada passiva nativa do titânio e a osseointegração é favorecida pela maior rugosidade e molhabilidade de uma superfície superhidrofílica. Neste trabalho foram produzidos por PEO filmes de óxidos sobre substrato de Ti-cp, a partir de diferentes composições de eletrólitos contendo: ZrO 2 , Ta 2 O 5 , além da combinação destes dois óxidos. Uma vez obtidos, os filmes foram caracterizados por: FTIR, medição do ângulo de contato (molhabilidade), rugosidade, DRX, MEV, EDX, OCP, PDS e EIS. Destacamos os resultados obtidos com filmes produzidos com 6 g/L da mistura de óxidos, nos quais foi atingida a superhidrofilicidade e uma resistência à polarização seis vezes maior a do Ti-cp.

Titanium and its alloys find specific military and civil applications due to a cost-benefit ratio that is not always interesting, despite having extraordinary chemical and physical properties. Pressurized water nuclear power plants, for example, build condensers cooled by seawater with commercially pure titanium pipes due to the corrosion resistance and reliability required. Russians have also applied titanium to submarine hulls for these same reasons, combined with specific mechanical strength and magnetic stealth. Americans use it in high-performance aircraft structures for its lightness and melting point higher than aluminum. Although titanium, protected by its passive layer, already has high resistance to corrosion, surface modifications via plasma electrolytic oxidation (PEO) can increase this resistance by thickening the protective layer, however they also increase its roughness and even promote a superhydrophilic behavior. The increase in resistance to corrosion is interesting for the condensers of nuclear power plants, but the increase in roughness and superhydrophilicity are inopportune because they favor the fixation of marine organisms and their colonies. However, this set of new characteristics is especially opportune for biomedical applications, as the body's reaction to the implanted biomaterials reduces the pH of the area exposed to corrosive attack, and may evolve to a form of localized corrosion, such as the formation of corrosion pits. The risk of this type of degradation is minimized by increasing the electrochemical resistance of the native passive layer of titanium and osseointegration is favored by the greater roughness and wettability of a superhydrophilic surface. In this work, oxide films on Ti-cp substrate were produced by PEO, from different electrolyte compositions containing: ZrO2, Ta2O5, in addition to the combination of these two oxides. Once obtained, the films were characterized by: FTIR, contact angle measurement (wettability), roughness, XRD, SEM, EDX, OCP, PDS and EIS. We highlight the results obtained with films produced with 6 g/L of the oxide mixture, in which superhydrophilicity and a resistance to polarization six times greater than that of Ti-cp were achieved.