Studio del comportamento anticorrosivo del samario come inibitore di corrosione in sistemi multistrato per leghe di alluminio

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3149 (2023) Citare questo articolo

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Questo studio mostra un sistema multistrato basato su composti di samario come inibitore della corrosione e uno strato continuo di SiO2 mediante getto di plasma a pressione atmosferica (APPJ) come barriera protettiva per la lega di alluminio AA3003. Uno dei principali vantaggi di questo nuovo rivestimento è che non richiede camere a vuoto, il che lo rende facile da incorporare nelle linee di produzione di componenti automobilistici e aeronautici, ecc. Il deposito dell'inibitore di corrosione del samario è stato effettuato con due metodi per il confronto, il metodo di immersione e un nuovo metodo per depositare l'inibitore di corrosione mediante APPJ. Il sistema multistrato generato era omogeneo, continuo, aderente e denso. Il comportamento elettrochimico mostra che il composto di samario è stato completamente ossidato sui rivestimenti mediante il metodo di immersione e favorisce la corrosione. Il metodo di deposizione APPJ mostra un comportamento protettivo contro la corrosione sia da composti di samario che da deposizioni di silice. Le analisi XPS mostrano che la quantità di Sm(OH)3 aumenta con il metodo APPJ rispetto al metodo per immersione poiché lo spettro degli O1 è controllato principalmente da OH. È stato determinato che i migliori tempi di lavorazione per lo studio elettrochimico del sistema multistrato erano 40 minuti per il metodo ad immersione e 30 s per il metodo APPJ per lo strato di inibitore di corrosione. Nel caso dello strato barriera SiO2 di APPJ, il tempo migliore è stato 60 s di esposizione al getto di plasma e questo rivestimento potrebbe ridurre la corrosione di AA3003 del 31,42%.

La corrosione dei metalli è un grave problema globale che ha colpito l’economia dell’industria metallurgica. Si stima che circa il 10-20% della produzione mondiale di metalli venga persa ogni anno a causa della corrosione1 e ciò rappresenta una spesa annua pari a circa il 4% del prodotto interno lordo globale2. Tuttavia non tutti i problemi legati alla corrosione sono legati ai materiali, esistono anche problemi di inquinamento ambientale3. Ad esempio, i materiali dell’ambiente edificato sono colpiti principalmente dai composti HNO3, SO2 e PM10 che influenzano la corrosione4. Inoltre, la corrosione rappresenta un grave problema in diversi settori, tra cui tubi5, materiali medicinali6, pacchetti di semiconduttori7, industria automobilistica8 ed edilizia9.

Nel corso del tempo sono stati sviluppati diversi metodi e tecniche per controllare la corrosione dei metalli, come la cromatura10 e l'anodizzazione11,12 che si distinguono come soluzioni per il controllo di questo problema. Attualmente, i metodi più studiati sono gli strati di conversione del cromo (CCL)13 o l'anodizzazione con acido cromico (CAA)12 e l'anodizzazione con acido solforico tartarico (TSA)14. Tuttavia, queste soluzioni sono potenzialmente tossiche per l'ambiente e anche per la salute umana poiché, nei loro processi, utilizzano Cr(VI), che è altamente nocivo e ha proprietà cancerogene15,16. Di conseguenza, la Comunità Europea ha adottato restrizioni sull'uso dei metalli pesanti, incluso il Cr(VI)17,18. Pertanto, negli ultimi anni fino ai giorni nostri, si sono ricercate nuove tecnologie e metodi più rispettosi dell'ambiente e della salute umana. Tra queste nuove tecnologie, nel campo della corrosione, si registra una tendenza verso lo sviluppo di inibitori della corrosione rispettosi dell'ambiente e a basso costo19. Un inibitore della corrosione può essere definito come una sostanza che, a bassa concentrazione, rallenta la velocità della corrosione20.

Nonostante il suo strato di passivazione, l'alluminio è suscettibile alla corrosione in presenza di soluzioni acquose contenenti ioni, come Cl−, Br− o I−21,22. Il problema della corrosione nelle leghe di alluminio può essere affrontato utilizzando inibitori di corrosione23,24,25,26,27. Hinton, Arnott e Ryan si distinguono come pionieri nell'introduzione dei rivestimenti inibitori della corrosione delle terre rare come opzione sostenibile depositando ossidi di terre rare sulla superficie dei metalli, come Sm, Ce, La, Ne e Pr, generando una pellicola protettiva contro la corrosione28,29,30. Tra gli elementi delle terre rare, cerio e samario sono quelli più comunemente studiati come inibitori della corrosione grazie alla loro abbondanza ed efficienza31,32. Il samario è un elemento delle terre rare in grado di formare pellicole sottili di composti di samario per proteggere i metalli dalla corrosione32,33. Il samario è stato utilizzato nei rivestimenti di conversione34,35 e nelle leghe per migliorare la prevenzione della corrosione nell'alluminio36,37, nel magnesio38,39 e nell'acciaio40,41. Il principio della protezione contro la corrosione utilizzando il samario come inibitore si basa sulla formazione di ossidi e idrossidi che sono insolubili e bloccano i siti catodici, rallentando la velocità di corrosione42.