Comparative studies of interference films grown on 304- stainless steel in H2SO4 in the presence and absence of CrO3

Abstract

No presente trabalho, filmes de óxidos coloridos foram crescidos sobre amostras de aço inoxidável pelo método de varredura triangular de corrente (VTC) em H2SO4 5 mol L-1 (50 oC) e H2SO4 5 mol L-1 + CrO3 2,5 mol L-1 (25 oC). A suscetibilidade à corrosão por pites das amostras de aço recobertas com tais filmes foi avaliada por curvas de polarização em solução de tampão borato (pH 9,2), contendo NaCl 0,7 mol L-1 e por espectroscopia de impedância eletroquímica em HCl 0,8 mol L-1. À partir destas medidas foi verificado que os filmes de óxidos coloridos aumentam a resistência à corrosão por pites do aço. Além disso, os filmes de óxidos crescidos em solução de somente H2SO4 foram os mais resistentes à esta forma de ataque. Caracterizações realizadas por microscopias eletrônica de varredura (MEV) e de força atômica (AFM) revelaram que os filmes de óxidos interferentes são altamente porosos e rugosos. Ensaios de nanodureza instrumentada foram influenciados pela porosidade dos filmes, mas permitiram verificar que os filmes de óxidos interferentes são mais macios que o filme de óxido formado espontaneamente sobre o aço (filme nativo). Medidas de resistência à abrasão sob uma carga de 5 N e contra um tira de papel abrasivo de CrO3 de 0,5 μm revelaram que os filmes de óxidos crescidos em H2SO4 + CrO3 foram mais resitentes ao desgaste do que aqueles crescidos em solução de somente H2SO4. A composição química dos distintos filmes de óxidos interferentes, avaliada por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS), mostrou que o processo de coloração produz filmes de óxidos ricos em cromo sobre aço inoxidável. O estudo das propriedades semicondutoras a partir de medidas de impedância revelaram que os filmes de óxidos crescidos sobre o aço inoxidável (nativo e coloridos por interferência) apresentam uma estrutura bicamada, sendo a parte mais interna formada predominantemente pelo óxido de cromo (Cr2O3) e a mais externa por um óxido tipo espinélio (Cr2FeO4) com excesso de vacâncias de oxigênio.In the present work, coloured oxide films were grown on stainless-steel samples by the triangular current scan method in 5 mol L-1 H2SO4 (50 oC) and 5 mol L-1 H2SO4 + 2.5 mol L-1 CrO3 (25 oC). The susceptibility to pitting corrosion of the steel samples recovered with such films was evaluated by polarization curves in borate buffer solution (pH 9.2), containing 0.7 mol L-1 NaCl and by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 0.8 mol L-1 HCl. From these measurements, it was verified that coloured-oxide films increased the pitting corrosion resistance of the steel. Furthermore, oxide films grown in H2SO4 only were the most resistant to this corrosion type. Characterizations carried out by scan electronic microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) revealed that the oxide films are highly porous and rough. Tests of depthsensing nanoindentation were affected by the films porosity, but allowed to verify that the coloured-oxide films are softer than the oxide film spontaneously formed on steel (native film). Measurements of dry wear resistance under a load of 5 N against a strip of CrO3 0.5 μm abrasive paper revealed that the oxide films grown in H2SO4 + CrO3 were more wear resistant than those grown in H2SO4 only. Chemical composition of the distinct coloured-oxide films, evaluated by X-ray photoelectrons spectroscopy (XPS), showed that the coloration process yields oxide films rich in chromium on stainless steel. The study of semiconductor properties from impedance measurements revealed that the oxide films grown on stainless steel (native and coloured by interference) present a bilayer structure, being the inner part formed predominantly by chromium oxide (Cr2O3) and the outer part by a spinel oxide type (Cr2FeO4) with excess of oxygen vacancies