Eletrodeposição pulsada e caracterização de revestimentos de cobre/nanotubos de carbono em ligas de alumínio 3003 e 1350

A demanda por sistemas elétricos mais eficientes e sustentáveis tem impulsionado a pesquisa na busca por materiais inovadores que aprimorem as propriedades dos condutores elétricos. O alumínio (Al) e suas ligas são amplamente utilizados na transmissão e distribuição de energia elétrica devido à sua baixa densidade e boa condutividade elétrica. A busca por melhorias nas propriedades elétricas tem levado ao desenvolvimento de revestimentos que aumentem a condutividade sem comprometer a leveza do material. Este trabalho apresenta um estudo sobre a anodização de substratos de Al como preparação para revestimentos nanoestruturados aliado à eletrodeposição por corrente pulsada de nanocompósito baseado em cobre (Cu) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM), com foco nas propriedades elétricas correlacionadas com a microestrutura. Experimentos foram realizados em chapas de Al liga 3003, em fios e em cabos de Al liga 1350. Parâmetros otimizados para a anodização foram obtidos utilizando concentração de 100% de H2SO4, corrente contínua de 3 A e 10 V aplicada durante 2 h. Na eletrodeposição por corrente pulsada aplicou-se concentração de NTCPM de 1 mg/mL, ciclo de trabalho (γ) de 80%, 2 A e 10 V durante 1 h. Micrografias obtidas por Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo (MEV-FEG) verificaram a formação de camada de óxido de alumínio (Al2O3) porosa e uniforme, fundamental para a aderência do revestimento, assim como evidenciou a homogênea e eficaz distribuição do revestimento do nanocompósito sobre a superfície anodizada. A caracterização por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) confirmou a presença dos elementos Cu e carbono (C) distribuídos na camada de revestimento. Através da espectroscopia Raman foram identificados modos vibracionais característicos dos NTCPM, as bandas D, G e G’, analisando variações de intensidade e largura de banda resultantes das modificações estruturais promovidas pela eletrodeposição. A Difração de Raios X (DRX) identificou as fases cristalinas presentes no revestimento, além de evidenciar alterações estruturais provocadas pelo tratamento superficial, mostrando a integração do nanocompósito ao substrato metálico. Testes de condutividade elétrica foram realizados utilizando a técnica ponte de Kelvin, antes e depois do revestimento, demonstrando um aumento significativo na condutividade elétrica (σ), evidenciando a melhoria na eficiência do transporte de carga devido à sinergia entre o Cu e os NTCPM. Entre os resultados, se destaca a elevação de ⁓ 52,33% na condutividade elétrica superficial (σs) das chapas e um aumento de IACS de 67,76% para ⁓ 73,5% nos fios tratados. De modo semelhante, também se destaca a queda no valor médio de resistência do cabo revestido que mudou de 4,88x10-4 Ω para 1,934x10-4 Ω em comparação ao cabo sem revestimento, diferença de ⁓ 60,37%. Análises estatísticas foram realizadas corroborando os resultados e concluindo que foram estatisticamente significativos. Cálculos de dissipação Joule e ampacidade confirmaram o desempenho superior do material revestido e seu potencial de aplicação em sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. Assim, esses resultados confirmam que o revestimento de Cu-NTCPM por eletrodeposição com corrente pulsada em superfícies anodizadas, uma abordagem encorajadora para a melhoria das propriedades elétricas de condutores de Al.