Comportamento em corrosão do aço inoxidável austenítico ASTM F138 na presença de fluido corporal simulado

dc.contributor.advisor-co1Antunes, Luiz Henrique Martinez
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0389761517968767
dc.contributor.advisor-co1orcidhttp://orcid.org/0000-0002-9994-5498
dc.contributor.advisor1Otani, Lucas Barcelos
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2519980413159984
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-2831-2335
dc.contributor.authorNakahashi, Mayumi Andrade
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/9749423674347267
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-7421-3557
dc.date.accessioned2025-09-11T12:30:31Z
dc.date.issued2025-07-11
dc.description.abstractThe austenitic stainless steel ASTM F138 is widely used in the medical orthopedic field in the form of pins, fixation plates, and rods, primarily due to its high corrosion resistance, biocompatibility, and good surface finish. This steel is a 316LVM-type alloy, vacuum melted to ensure a microstructure free from delta ferrite and deleterious intermetallic phases such as sigma and chi. This process is responsible for ensuring purity and enhancing pitting corrosion resistance—essential characteristics for the aforementioned applications. Generally, ASTM F138 steel is marketed in the solution-annealed condition, achieved through a heat treatment process that dissolves undesirable carbides, such as chromium carbide, which is known to reduce resistance to intergranular corrosion caused by sensitization. Potentiodynamic polarization tests can be performed to characterize the corrosion behavior of the material in a given medium, providing information such as corrosion potential and susceptibility to pitting. In such tests, a potentiostat is used to continuously sweep the electrode potential at a controlled rate while measuring the current. In the present study, the corrosion behavior of this steel was analyzed under three different conditions: cold-rolled samples, solution-treated samples at 1050°C for 1 hour—which aims to produce the optimal microstructure—and sensitized samples at 675°C for 6 hours—a condition that exposes the steel to a higher tendency for intergranular corrosion. The corrosive medium used was phosphate-buffered saline (PBS), a simulated body fluid that contains the main corrosive components present in the human body, as well as osmolarity and ion concentrations similar to those of human fluids. In this context, the aim was to compare the performance of the steel in the three conditions using potentiodynamic polarization tests, which provide corrosion curves that relate potential and electrical current, in the presence of PBS. From the results, it was observed that the pitting potential was very similar for the cold-rolled and solution-treated samples, and their corrosion behavior was distinguished through analysis of metastable pit nucleation and repassivation characteristics. The sensitized samples, in contrast, showed a lower pitting potential and, consequently, breakdown of the passive film at much lower potentials when compared to the other conditions, indicating that the sensitization process was responsible for the reduced corrosion resistance of the steel under study. Thus, it can be concluded that heat treatment plays a fundamental role in the corrosion performance of ASTM F138 steel, with the solution-treated condition being the most suitable as it ensures greater stability of the passive layer, while sensitization significantly compromises this protection, reducing the steel’s corrosion resistance in a simulated physiological environment.eng
dc.description.resumoO aço inoxidável austenítico ASTM F138 é largamente utilizado na área de ortopedia médica na forma de pinos, placas de fixação e hastes, especialmente em função de sua alta resistência à corrosão, biocompatibilidade e bom acabamento superficial. Este aço se trata de uma liga do tipo 316LVM, fundida a vácuo de modo a garantir microestrutura isenta de ferrita delta, bem como fases intermetálicas deletérias, como sigma e chi. O processo é responsável por garantir pureza e ainda aumentar a resistência à corrosão por pites, características essenciais para as aplicações mencionadas. De um modo geral, o aço ASTM F138 é comercializado na condição solubilizada, a partir do tratamento térmico de solubilização que garante a dissolução de carbonetos indesejáveis, como o carboneto de cromo, este último responsável por diminuir a resistência à corrosão intergranular que ocorre por meio do fenômeno de sensitização. Ensaios de polarização potenciodinâmica podem ser realizados a fim de caracterizar o comportamento corrosivo do material em dado meio, fornecendo informações como o potencial de corrosão e a susceptibilidade à formação de pites. Nesse caso, a partir de um potenciostato, o potencial do eletrodo é varrido de forma contínua a uma taxa controlada, enquanto a corrente é medida. No presente estudo, o comportamento em corrosão deste aço foi analisado partindo de três condições distintas: amostras laminadas, amostras solubilizadas a 1.050ºC por 1 hora – que visa apresentar a melhor microestrutura – e sensitizadas a 675ºC por 6 horas – condição que expõe o aço à maior tendência à corrosão intergranular. O meio corrosivo utilizado foi a solução salina tamponada com fosfato, conhecida como PBS (phosphate-buffered saline), um fluido corporal simulado que apresenta os principais componentes corrosivos presentes no corpo humano, além de osmolaridade e concentrações de íons similares às do organismo. Nesse cenário, buscou-se comparar, por meio do ensaio de polarização potenciodinâmica, que fornece curvas de corrosão relacionando potencial e corrente elétrica, o desempenho do aço nas três condições citadas na presença de PBS. A partir dos resultados, observou-se potencial de pite muito próximo para as amostras laminadas e solubilizadas, em que se diferenciou os comportamentos de suas curvas de corrosão através da análise da nucleação de pites metaestáveis e contexto da repassivação. As amostras sensitizadas, por sua vez, apresentaram menor potencial de pite e, consequentemente, quebra da camada passiva em potenciais muito menores quando comparadas às outras condições, indicando que a sensitização realizada foi a responsável pela diminuição da resistência à corrosão do aço em estudo. Dessa forma, conclui-se que o tratamento térmico exerce papel fundamental no desempenho do aço ASTM F138 frente à corrosão, sendo a condição solubilizada a mais adequada por garantir maior estabilidade da camada passiva, ao passo que a sensitização compromete significativamente essa proteção, reduzindo a resistência à corrosão do aço em meio fisiológico simulado.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationNAKAHASHI, Mayumi Andrade. Comportamento em corrosão do aço inoxidável austenítico ASTM F138 na presença de fluido corporal simulado. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22728.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22728
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia de Materiais - EMa
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectASTM F138por
dc.subjectEnsaio de polarização potenciodinâmicapor
dc.subjectCorrosãopor
dc.subjectFluido corporal simuladopor
dc.subjectPBSpor
dc.subjectPotentiodynamic polarization testeng
dc.subjectCorrosioneng
dc.subjectSimulated body fluideng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
dc.titleComportamento em corrosão do aço inoxidável austenítico ASTM F138 na presença de fluido corporal simuladopor
dc.title.alternativeCorrosion behavior of ASTM F138 austenitic stainless steel in the presence of simulated body fluideng
dc.typeTCC

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