Influence of cerium addition on the corrosion resistance and shape memory effect in Fe-Mn-Si-Cr-Ni-(Ce) alloys

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) The interest in scientific and technological development of Fe-Mn-Si-Cr-Ni shape memory alloys is increasing in the last years. The improvement of key properties of theses alloys should enable its use in different applications, such as prestressing concrete structures in civil engineering area. In this context, the present work assesses the cerium (Ce) addition to determine its possible benefits in enhancing both corrosion protection in alkaline media and shape memory effect (SME). The studied experimental alloys were subjected to 0.18%, 0.42% and 0.96% (wt%) of Ce addition, and results were compared to a standard Ce-free alloy. The characterization of such alloys reveals that Ce addition is responsible for a grain size reduction as well as the increase and morphological change in second phase particles. The discussion of the results correlates these microstructural modifications with electrochemical results and SME. Regarding corrosion properties, all samples presented similar passive behaviors in simulated pore solution in absence of chloride ions. When Cl- was added, the sample with 0.18% was the only one to maintain its passivity while other samples showed a major increase in passive corrosion density, indicating a worse stability of the passive film. Pit potential and EIS results showed that the addition of 0.18% of Ce was sufficient to enhance corrosion protection by both changing MnS inclusion morphology and increasing the surface film corrosion protection properties, although it was not high enough to promote oxide, sulfides and intermetallic particles that increases localized corrosion appearance. In terms of shape recovery ratio, an increase in samples with 0.18% and 0.42% of Ce was observed, although there was a reduction in sample with 0.96%. The reduction might be explained by the inhomogeneous microstructure due to the formation of coarse inclusion particles. Finally, the sample with 0.42% presented the best SME results. As ligas Fe-Mn-Si-Cr-Ni vêm ganhando espaço nos trabalhos de desenvolvimento tecnológico e científico das ligas metálicas com efeito de memória de forma (EMF). A melhoria nas propriedades destas ligas possibilita a utilização de “materiais inteligentes” em novos setores, gerando benefícios para a sociedade. Na engenharia civil, a aplicação destas ligas na protensão de estruturas de concreto aparece como uma oportunidade promissora. Neste contexto, o presente trabalho investiga a adição de cério (Ce) para determinar possíveis benefícios tanto em termos de proteção à corrosão em meio alcalino, quanto no aumento do EMF. As ligas estudadas tiveram adição de 0,18%, 0,42% e 0,96% em peso de Ce e foram comparadas à uma liga padrão sem a adição deste elemento. A caracterização das ligas mostra que o efeito do Ce na microestrutura se dá principalmente pela redução do tamanho de grão e pelo aumento na quantidade e alteração morfológica de partículas de segunda fase. A discussão do trabalho correlaciona as diferenças microestruturais com os resultados eletroquímicos e de EMF. No campo da corrosão, as amostras apresentaram comportamentos passivos análogos em solução de poro sem a presença de cloretos, já quando estes íons foram adicionados, a liga com 0,18% manteve a passividade. As outras amostras apresentaram aumento no valor da corrente de passivação. O potencial de pite e os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) mostram que a adição de 0,18% de Ce mostrou-se suficiente para o aumento da proteção à corrosão, porém insuficiente para a formação de óxidos, sulfetos e intermetálicos que degradam a proteção à corrosão localizada. Em relação à fração de recuperação de forma, houve um aumento em 0,18% e 0,42% com posterior redução em 0,96%. Esta redução é explicada pela formação de partículas de inclusão grosseiras tornando a microestrutura heterogênea e a amostra com 0,42% apresentou o melhor resultado. CNPq: 140233/2015-6 CAPES: Código de Financiamento 001