Tesis Doctorado
Nanopartículas de circonia dopadas con nitrato de cerió en un recubrimiento híbrido sol gel: efecto en la protección contra la corrosión de la aleación dde aluminió 2024-t3
Autor
PáezCollio, Maritza Angélica
Pavez-Irarrázabal, Jorge Enrique
Universidad de Santiago de Chile
Institución
Resumen
En esta tesis se sintetizó un recubrimiento híbrido sol-gel a partir de los
precursores tetraetoxiortosilicato (TEOS) y trietoxi(octil)silano (TEOCS) en
propano!. El recubrimiento híbrido fue modificado con nanopartículas de
circonia, nitrato de cerio(lll) y con nanopartículas de circonia dopadas
previamente con nitrato de cerio(lll). Las nanopartículas de circonia fueron
sintetizadas mediante la técnica sol gel utilizando como precursor propóxido de
circonio (TPOZ) en propano! y en presencia de un agente quelante. Se observó
que la adición de la sal Ce(N03)3 en el sol-gel híbrido llevó a la formación
espontánea de nanopartículas de óxido de cerio. La caracterización de las
nanopartículas de circonia y de cerio se realizó mediante dispersión de luz
dinámica (DLD). La composición química y la estructura de las películas
híbridas sol-gel fueron estudiadas por espectroscopia fotoelectrónica de rayos X
(XPS), microscopía de barrido electrónico (SEM-EDX), espectroscopia UVvisible
y microscopía de fuerza atómica (AFM). La resistencia a la corrosión de
las muestras de AA 2024-T3 recubiertas fue estudiada por polarización
potenciodinámica y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en NaCI
O, 1 M luego de 1 hora y de 120 horas de inmersión.
Los resultados obtenidos demuestran que tanto el tratamiento superficial
dado a las probetas de aluminio, como los parámetros de síntesis del polímero
híbrido determinan la capacidad anticorrosiva de los recubrimientos. En
particular, la razón de precursores y la cantidad de agua, empleada en la
preparación del polímero tipo sol-gel, marcan las diferencias en el
comportamiento electroquímico de las correspondientes probetas recubiertas.
De los resultados previos se seleccionaron las condiciones óptimas de
síntesis y de modificación del polímero híbrido, midiéndose la capacidad protectora de éstos a través de polarización potenciodinámica. En general,
todos los sistemas de recubrimientos estudiados, el híbrido sin modificar y
aquellos modificados con distintos tipos de nanopartículas inorgánicas,
mostraron una excelente capacidad barrera al electrolito (NaCI O, 1 M), para
cortos tiempos de exposición. Lo anterior se reflejó en valores de corrientes de
corrosión menores que aquellas obtenidas para el sustrato metálico sin
recubrimiento y también, en algunos casos, el desplazamiento del potencial de
corrosión. Las respuestas electroquímicas de las probetas recubiertas con los
distintos polímeros mostraron claras diferencias cuando éstas fueron expuestas
por 120 horas en NaCI O, 1 M. La mayoría de los recubrimientos, el hibrido sin
modificar, y aquellos modificados separadamente con nanopartículas de CexOy
y de Zr02, presentaron un aumento de la corriente de corrosión, indicando un
claro deterioro en su capacidad protectora.
En contraste, el recubrimiento modificado con nanopartículas de Zr02 y
CexOy, aunque presentó una reducción en su calidad protectora, las corrientes
de corrosión fueron marcadamente menores que la probeta sin recubrimiento.
Sin embargo, lo más destacable de este último recubrimiento fue su capacidad
de respuesta frente a la perturbación del medio ambiente, particularmente su
capacidad de respuesta frente a la polarización anódica. Las curvas de
polarización revelaron procesos de activación-pasivación durante el barrido
anódico. Este comportamiento es probablemente el resultado de la liberación
lenta y prolongada de iones Ce(ll 1) y Ce(IV) desde el recubrimiento, y a la
precipitación de éstos como hidróxidos en los sitios catódicos durante la
polarización. La presencia de nanopartículas de Zr02 impediría la agregación
de las nanopartículas de CexOy y consecuentemente, su hidratación y
disolución, hecho que si ocurriría cuando el recubrimiento está solo modificado
con nanopartículas de CexOy; tal como se demuestra mediante microscopía de
fuerza atómica y de barrido electrónico.