CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE ESPUMAS DE COBRE CON FIBRA DE CARBONO

Abstract

Los materiales porosos poseen un gran atractivo debido a la combinación de propiedades de material bulk y la estructura porosa. Las espumas pueden ser sintetizadas por diferentes vías pero la pulvimetalúrgica ofrece ventajas como el control que se puede mantener en cada etapa del proceso. Algunas aplicaciones de los materiales porosos son: amortiguación mecánica, estructuras sándwich, estructuras livianas, intercambiadores de calor, entre otros. Una de las aplicaciones de las espumas de cobre es filtros, debido a su resistencia a la corrosión, sin embargo es susceptible a algunos medios, siendo propenso a la corrosión por erosión en flujos de agua a alta velocidad. Pese a lo anterior, el uso de un medio altamente corrosivo puede no permitir la visualización de toda la información necesaria para caracterizar el comportamiento electroquímico, por lo que se utilizó un electrolito de baja agresividad.Las muestras se sintetizaron mezclando polvos de cobre, espaciador (NaCl) y fibra de carbono (FC) según: Cu 0, 0.5, 1.0, 1.5% v/v FC + 50%v/v espaciador. Los polvos se mezclaron por 30[min] a 30[Hz] y compactaron a 200[MPa] por 1[min]. Se sinterizaron en dos etapas: a 790°C por 2[h] y a 850°C por 4[h]. Se eliminó el material espaciador a través de tres ciclos de lavados en agua destilada a 60°C por 3[h]. Se realizaron ensayos electroquímicos para obtener curvas de polarización y espectroscopía de impedancia electroquímica, sumergiendo las muestras en una solución 0.1[M] Na2SO4. Se caracterizaron las muestras antes y después del ensayo electroquímico a través de microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, además de medición de microdureza.Los resultados de microscopía óptica revelan la existencia de un compuesto en la superficie corroída.. En las curvas de polarización se observa la influencia de la presencia de fibra de carbono en la disminución del potencial de corrosión (Ecorr), el ligero aumento en la corriente de corrosión (Icorr), el incremento de la corriente anódica (Ia) conforme al aumento del %FC (en el rango [Ecorr,Ecorr+80mV]) y corriente catódica (Ic) límite. En los resultados de impedancia se observa una disminución del módulo de impedancia entre la muestra sin y con fibra de carbono; además en el diagrama de Nyquist, el semicírculo correspondiente a la transferencia de carga, tiene mayor radio en cobre poroso que en cobre con fibra de carbono y la zona difusiva se genera a valores de resistencia menores para muestras compuestas, a comparación de cobre puro. Por último, por difracción de rayos X, se observó que el producto generado es cuprita.En base a los resultados se concluye que hubo corrosión, con formación de cuprita. Además se observó que la presencia de fibra de carbono, tiene influencia sobre el comportamiento electroquímico.Porous materials have great appeal due to the combination of bulk material properties and porous structure. The foams can be synthesized in different ways but the powder metallurgical offers advantages such as the control that can be maintained at each stage of the process. Some applications of porous materials are: mechanical damping, sandwich structures, lightweight structures, heat exchangers, among others. One of the applications of copper foams is filters, due to its resistance to corrosion, however it is susceptible to some media, being prone to corrosion by erosion in high-speed water flows. In spite of the above, the use of a highly corrosive medium may not allow the visualization of all the necessary information to characterize the electrochemical behavior, for which a low aggressive electrolyte was used.The samples were synthesized by mixing copper powder, spacer (NaCl) and carbon fiber (FC) according to: Cu 0, 0.5, 1.0, 1.5% v / v FC + 50% v / v spacer. The powders were mixed for 30 [min] to 30 [Hz] and compacted to 200 [MPa] for 1 [min]. They were sintered in two stages: at 790 ° C for 2 [h] and at 850 ° C for 4 [h]. The spacer material was removed through three cycles of washes in distilled water at 60 ° C for 3 [h]. Electrochemical tests were performed to obtain polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy, submerging the samples in a 0.1 [M] Na2SO4 solution. The samples were characterized before and after the electrochemical test through optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction, as well as microhardness measurement.The results of optical microscopy reveal the existence of a compound on the corroded surface .. In the polarization curves the influence of the presence of carbon fiber on the decrease of the corrosion potential (Ecorr), the slight increase in the current is observed of corrosion (Icorr), the increase of the anodic current (Ia) according to the increase of% FC (in the range [Ecorr, Ecorr + 80mV]) and cathodic current (Ic) limit. In the impedance results a decrease of the impedance module between the sample without and with carbon fiber is observed; in addition, in the Nyquist diagram, the semicircle corresponding to the charge transfer has a higher radius in porous copper than in copper with carbon fiber and the diffusive zone is generated at lower resistance values for composite samples, compared to pure copper. Finally, by X-ray diffraction, it was observed that the generated product is cuprite.Based on the results, it is concluded that there was corrosion, with cuprite formation. It was also observed that the presence of carbon fiber has an influence on the electrochemical behavior.