Estudos teórico-experimentais do efeito de campos magnéticos na taxa e no padrão de corrosão de filmes finos de cobre

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Mitre, Cirlei Igreja do Nascimento
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: campo magnético; computational simulation; corrosão; corrosion; diffusion; difusão; força de Lorentz; Lorentz force; magnetic field; magnetism; magnetismo; simulação computacional
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75135/tde-06032023-165031/

A corrosão é um grande problema na sociedade moderna, pois afeta todos os materiais metálicos desde pequenos componentes eletrônicos até grandes infraestruturas. Estima-se que os custos anuais da corrosão cheguem a US$ 2,5 trilhões. Sendo assim, meios para mitigar a corrosão tem sido objeto de muitos estudos. Sabe-se que o campo magnético (B) pode atrasar ou acelerar a corrosão metálica, no entanto, esse aparente efeito contraditório ainda não é totalmente compreendido. Neste estudo demonstrou-se um método simples e rápido para monitorar visualmente, em tempo real, o efeito de B na corrosão de cobre utilizando filme metálico fino. Os discos usados nos experimentos de corrosão (PCI) são provenientes de uma placa de cobre usadas na confecção de circuitos impressos que consiste de um filme de cobre de 0,1 mm de espessura, depositado sobre um material inerte com 1,5 mm de espessura. Soluções aquosas de FeCl3 e HCl foram usadas como meios corrosivos e câmeras digitais foram usadas para registrar os efeitos do B na corrosão do PCI de maneira estática (fotos) e dinâmica (vídeos). Os resultados da corrosão em solução de FeCl3 usando ímãs cilíndricos mostram claramente que a taxa de corrosão diminui e aumenta, respectivamente, se acontece com B homogêneo ou não-homogêneo se comparados à corrosão na ausência de B. B homogêneo era gerado pela região central de um ímã de NdFeB com 130 mm de diâmetro e 25 mm de espessura.B não-homogêneo era gerado pela borda de um ímã de NdFeB com 30 mm de diâmetro e 19 mm de espessura. O padrão de corrosão também foi afetado pela homogeneidade de B. A corrosão do PCI na presença de B homogêneo apresentou um padrão de corrosão similar a observada na corrosão sem B, com a corrosão iniciando na borda do PCI. Já com ímã não-homogêneo a corrosão ocorreu inicialmente na região do disco coincidente com a borda do ímã, isto é, a 1,5 cm do centro do disco PCI, que é a região onde se tem o B mais intenso e com maior gradiente de B. Nesses experimentos também pode ser observada a rotação do meio corrosivo, cuja direção de rotação invertia com a polaridade de B, indicando a presença da força de Lorentz (FB). A hipótese para a presença da FB, sem campo elétrico aplicado, foi que os íons de Cu2+ formados na corrosão do metal saiam radialmente ao disco (preferencialmente) e perpendicular as linhas de B. Para demostrar a ação da FB na taxa de corrosão foram feitas simulações computacionais usando primeira lei de difusão de Fick em conjunto com equações do magnetismo. As simulações foram feitas para a corrosão de cobre em solução de HCl 1 mol L-1 como meio corrosivo, onde a única partícula carregada eletricamente e paramagnética no meio seria o produto da corrosão, os íons Cu2+. A concordância entre as simulações e os resultados experimentais para B homogêneo foi bastante satisfatória, apontando a FB como o principal agente capaz de retardar a corrosão do cobre. O procedimento proposto também pode ser aplicado a outros metais e meios corrosivos fornecendo informações valiosas sobre o processo de corrosão na presença de B em diversas condições ambientais.