Influência da morfologia do silício no processo de oxidação eletrolítica por plasma de corrente contínua em liga AlSi10Mg produzida com fusão a laser em leito de pó

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14329 (2022) Citar este artigo

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Neste trabalho, o processo de oxidação eletrolítica a plasma (PEO) foi aplicado em amostras de AlSi10Mg, produzidas com fusão a laser em leito de pó (L-PBF), na condição impressa e após diferentes tratamentos térmicos, e, para comparação, em amostras fundidas de AlSi10Mg. O processo de PEO foi realizado no modo de corrente contínua usando altas densidades de corrente e curto tempo em um eletrólito de silicato básico. Pela primeira vez, os efeitos da morfologia do silício em amostras de L-PBF AlSi10Mg, na condição impressa e após diferentes tratamentos térmicos, no revestimento de PEO obtido foram investigados em termos de microestrutura e propriedades de corrosão. A microestrutura do substrato foi caracterizada com observações de microscopia óptica e eletrônica (microscopia óptica OM, microscopia eletrônica de varredura SEM e microscopia eletrônica de transmissão TEM) e com difração de raios X (DRX). A análise mostrou que os tratamentos térmicos de recozimento e solubilização modificaram a morfologia e a distribuição do silício nas amostras obtidas por L-PBF. As amostras revestidas com PEO foram caracterizadas com MEV, tanto na superfície quanto na seção transversal, e análises composicionais foram realizadas com análise de espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e mapeamento elementar. Os revestimentos também foram analisados ​​com XRD e as propriedades de corrosão avaliadas por meio de testes de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Também foram realizados testes de microdureza nos substratos e nos revestimentos. A microestrutura dos recobrimentos foi fortemente influenciada pela distribuição do silício. Em particular, uma distribuição não uniforme de silício e a presença de intermetálicos ricos em ferro (obtidos nas amostras fundidas e tratadas com solução) induziram a formação de revestimentos mais porosos e mais finos em comparação com os obtidos nas amostras impressas e amostras recozidas. A distribuição não uniforme de silício produziu uma distribuição não homogênea de silício nos revestimentos. A estrutura celular particular da amostra impressa induziu a formação de um revestimento com uma fração amorfa superior, em comparação com as produzidas nas outras amostras. A maior espessura e a menor porosidade dos revestimentos obtidos nas amostras recozidas e impressas resultaram em aumento da resistência à corrosão.

As ligas Al-Si são amplamente empregadas nos setores automotivo e aeroespacial devido à sua boa fundibilidade e à combinação de alta resistência e baixa densidade1. Ligas Al-Si fundidas convencionalmente normalmente contêm silício acicular grosseiro (silício eutético) e precipitados contendo Mg e Fe também estão geralmente presentes2. Nos últimos anos, o interesse de diferentes setores industriais pelas tecnologias de manufatura aditiva (MA) aumentou rapidamente, principalmente devido à possibilidade de produzir peças complexas e customizadas sem um aumento notável nos custos relacionados a matrizes ou ferramentas3. Dentre as diferentes tecnologias de AM, Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) é uma das mais promissoras pela possibilidade de obtenção de estruturas metálicas totalmente densas utilizando uma grande variedade de pós metálicos4. Em comparação com a fundição tradicional, as ligas Al-Si produzidas por L-PBF são caracterizadas por uma microestrutura completamente diferente, devido às maiores taxas de aquecimento e resfriamento (103–105 K/s)5. Em particular, a microestrutura de AlSi10Mg produzida com L-PBF consiste em matriz α-Al primária com microestrutura dendrítica celular e microestrutura eutética com Si6 fibroso muito fino.

No entanto, a matriz α-Al está em condição de solução sólida supersaturada e quando o material é submetido a altas temperaturas, por exemplo, quando são realizados tratamentos térmicos, essa microestrutura torna-se instável e pode mudar significativamente em comparação com a observável no exemplo condição impressa7. Entre os diferentes tratamentos térmicos, os mais empregados em ligas de alumínio são o tratamento de solução (seguido em alguns casos por um tratamento de envelhecimento) e o tratamento de recozimento. Vários estudos podem ser encontrados na literatura sobre a evolução microestrutural do AlSi10Mg após esses tratamentos. Takata et al.8 constataram após tratamento de recozimento a 300 °C a formação de partículas de Si finamente distribuídas na fase α-Al colunar devido à supersaturação de Si na matriz α-Al colunar da amostra como fabricada. Li et al.9 descobriram que durante o tratamento da solução, os átomos de Si precipitam da matriz supersaturada de Al para formar pequenas partículas de Si e, aumentando a temperatura da solução, o tamanho das partículas de Si aumenta, enquanto seu número diminui. Também, Shakil et al.10 obtiveram resultados semelhantes destacando que a modificação da fase grosseira e acicular do Si (esferoidização), a homogeneização da composição e a desintegração das fases solúveis contendo Mg ou outros oligoelementos são produzidas pelo tratamento térmico da solução. Novamente, Takata et al.8 encontraram após o tratamento da solução a formação de uma fase intermetálica contendo Fe (β-AlFeSi) com uma morfologia em forma de bastonete.