Superfície de alumínio microtexturizada superhidrofóbica e oleofóbica com longa durabilidade sob ambiente corrosivo

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1737 (2023) Citar este artigo

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Superfícies de alumínio superhidrofóbicas (SHP) e oleofóbicas foram preparadas através da combinação de um processo de microtexturização química escalonável e funcionalização de superfície com porções polifluoroalquil de cadeia longa. O efeito de uma camada anódica na superfície microtexturizada foi avaliado considerando a morfologia da superfície, superhidrofobicidade, propriedades mecânicas da superfície e aumento da proteção contra corrosão. A funcionalização da superfície com porções polifluoroalquil foi abordada de duas maneiras diferentes: (i) enxerto das porções polifluoroalquil e (ii) deposição de um revestimento híbrido fino com baixo teor de composto contendo polifluoroalquil. Foram alcançadas superfícies de alumínio com alta durabilidade em ambientes de névoa salina, que mantêm propriedades SHP e oleofóbicas pelo menos até 2016 h. As aplicações para este tipo de superfícies vão desde superfícies fáceis de limpar até funcionalidades antigelo ou anticondensação que podem ser de interesse para diversos setores.

As ligas de alumínio são amplamente utilizadas em uma grande variedade de setores, incluindo construção, automotivo, marítimo, aeronáutico ou eletrodomésticos, graças às suas excelentes propriedades, como alta resistência específica superior, condutividade elétrica notável ou peso específico relativamente baixo. Nos últimos anos, a solicitação de superfícies com novas propriedades como autolimpantes1 ou anticongelantes2,3 que também apresentem alta resistência à corrosão4 tem orientado a pesquisa de novos tratamentos de superfície que apresentem superhidrofobicidade, ou seja, ângulo de contato com água (WCA) superior a 150° com ângulos de deslizamento inferiores a 5°5 e oleofobicidade, ou seja, ângulo de contato superior a 90° com líquidos de baixa energia como o hexadecano.

A superhidrofobicidade de uma superfície é governada tanto pela sua composição quanto pela morfologia. O WCA máximo de superfícies lisas de baixa energia interfacial dificilmente pode atingir 110–120°. Portanto, para atingir a superhidrofobicidade, a superfície deve combinar características químicas e morfológicas, estudadas por diversos autores5,6. Graças à adaptação da rugosidade superficial específica (micro-nanotexturização), a hidrofobicidade de uma superfície com baixa energia interfacial pode ser aumentada ainda mais (estado de Cassie-Baxter ao Wenzel), levando à superhidrofobicidade. Diferentes métodos são relatados na literatura para adequar a rugosidade da superfície, como processamento mecânico7, ataque químico8,9,10, processamento eletroquímico11, texturização a laser12 ou anodização13. No entanto, a implementação de alguns deles a nível industrial é um desafio devido aos tempos e custos de processamento relativamente elevados ou à dificuldade de tratar peças não planas ou geometrias complexas. Além disso, o método aplicado pode afetar propriedades do material, como mecânica, durabilidade ou resistência à corrosão.

Considerando que a economia e as propriedades homogêneas em peças de geometria complexa são exigidas pela indústria, vários processos químicos que permitem a fabricação em larga escala são considerados potencialmente adequados para a produção de peças de alumínio superhidrofóbicas (SHP) e oleofóbicas.

Dentre as publicações que abordam superfícies de alumínio SHP processadas quimicamente, apenas algumas delas estudam a oleofobicidade . Superfícies que repelem água (hidrofóbica) e óleo (oleofóbica), chamadas anfifóbicas, são mais difíceis de processar do que superfícies com propriedades meramente hidrofóbicas14. Por exemplo, Choi et al.15 obtiveram superfícies hierárquicas de alumínio SHP e oleofóbicas com diferentes morfologias usando três tipos diferentes de processos de ataque químico de base alcalina. Carneiro et al.16 obtiveram superfícies de alumínio SHP e oleofóbicas através de ataque químico seguido pela deposição de revestimentos de silicato organicamente modificados sintetizados por métodos sol-gel. Varshney et al.17 obtiveram superfícies de alumínio SHP com propriedades autolimpantes e antiembaçantes por meio de ataque químico e passivação com ácido láurico. Ruan et al.18 obtiveram diferentes superfícies de alumínio SHP com funcionalidade anti-gelo através de métodos específicos de oxidação anódica eletroquímica e ataque químico que simplificam os procedimentos de fabricação para a obtenção de superfícies SHP. Barthwal et al.19 fabricaram um alumínio superanfifóbico mecanicamente estável, ou seja, WCA e ângulo de contato de hexadecano (HCA) superior a 150°, combinando ataque químico simples e anodização com enxerto de 1H,1H,2H,2H-perfluorooctiltriclorossilano (FAS13). Mais recentemente, Kikuchi et al.20 produziram uma superfície de alumínio superanfifóbica (ângulos de contato de água e dodecano superiores a 150°) combinando métodos de ataque eletroquímico (em solução de ácido clorídrico) e anodização (em solução de ácido pirofosfórico) demonstrando altos ângulos de contato com diferentes deslizamentos. ângulos dependendo do tempo de anodização.