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Aula Corrosão ciências dos materiais

1. CORROSÃO FACULDADE DO ALTO OESTE POTIGUAR Ciência dos Materiais Profa. Ms. Fernanda Silva

2. CORROSÃO, PREVISÃO e PROTEÇÃO O que é o fenômeno corrosivo e quais suas consequências As formas de corrosão Como prevenir a corrosão A velocidade e cinética da corrosão Como prever a corrosão.

3. Corrosão Definição : Deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio onde este se encontra, associada ou não a esforços mecânicos. Conseqüências da corrosão sobre um material: Desgaste; Variações químicas; Modificações estruturais; Inadequação ao uso.

4. Corrosão Importância : Os problemas de corrosão são freqüentes e ocorrem nas mais variadas atividades, como por exemplo nas indústrias química, petrolífera, naval, petroquímica, de construção civil, automobilística, entre outras. Foi estimado que aproximadamente 5% da receita de uma nação industrializada são gastos na prevenção da corrosão e na manutenção ou substituição de produtos danificados ou contaminados por reações de corrosão. Em termos de quantidade de material danificado pela corrosão, estima-se que uma parcela superior a 30% do aço produzido no mundo seja usada para reposição de peças e partes de equipamentos e instalações deterioradas pela corrosão.

5. Corrosão Importância : Perdas Diretas: Custos de substituição das peças ou equipamentos que sofreram corrosão. Custos e a manutenção dos processos de proteção (proteção catódica, recobrimentos, pinturas, etc.). Perdas Indiretas: Paralisações acidentais para limpeza de trocadores de calor ou caldeiras, substituição de tubos corroídos. Perda de produto, como perda de óleo, soluções, gás. Perda de eficiência em trocadores de calor, nos motores automotivos, ou entupimento e perda de carga em tubulações de água.

6. Corrosão Exemplos de Corrosão : Corrosão de estrutura metálica do concreto causada pela amônia da urina humana. Água contendo óxido de ferro proveniente da corrosão da tubulação.

7. Corrosão Exemplos de Corrosão : Corrosão de estrutura metálica ocasionada por excrementos de andorinhas . Corrosão de tubo de ferro usado em canalizações de água .

8. Corrosão Considerações Gerais : A corrosão é, em geral, um processo espontâneo. Esta pode ser considerada (sob certo ponto de vista) como o processo inverso da siderurgia; A corrosão é, geralmente, um fenômeno de superfície; O composto metálico oriundo da corrosão pode atuar como uma barreira entre o metal e o meio corrosivo, diminuindo a velocidade de corrosão do metal; Todos os metais estão sujeitos ao ataque corrosivo, caso o meio seja suficientemente agressivo. Exemplos: corrosão do ouro e da platina pela água régia; corrosão localizada do aço inoxidável AISI 304 em presença da cloreto; corrosão do titânio pelo ácido fluorídrico; etc.

9. Corrosão Definição do problema : O corrosionista tem por objetivo estudar a deterioração dos materiais pela ação do meio em que são usados. Existe um grande interesse prático neste estudo uma vez que a corrosão causa um prejuízo estimado em torno de 1,5 a 3,5% do PIB nos países industrializados. Apesar da termodinâmica indicar a possibilidade de uma reação, não diz nada a respeito da velocidade com que esta reação ocorre. E é precisamente devido ao fato de que certas velocidades de reação são lentas que se pode utilizar os metais no cotidiano. "Todos os metais podem ser utilizados sempre que sua velocidade de deterioração seja aceitavelmente baixa ".

10. Corrosão Considerações Gerais : MATERIAL METÁLICO MEIO CORROSIVO CONDIÇÕES OPERACIONAIS

11. Corrosão Previsão da Corrosão : A utilização da tabela de potenciais de eletrodo permite a previsão de qual metal tem maior tendência a ceder elétrons, se oxidar e logo sofrer corrosão; As informações fornecidas pelos potenciais de eletrodo são puramente termodinâmicas e não cinéticas; Algumas reações possíveis segundo os dados termodinâmicos não se realizam na prática; A tabela de potenciais padrão foi estabelecida para condições padronizadas: solução de 1,0 mol.L -1 a 298 K, e 1 atm .

12. Corrosão Previsão da Corrosão : ex: 2 H 2 O (l) + 2 e -  H 2(g) + 2 OH - ( aq ) E red = -0,83 V Água = principal responsável pela corrosão. Para esse potencial-padrão (concentração de 1 mol.L -1 ) o pH = 14 (solução fortemente básica). Em geral o pH da água é próximo de 7. Usando a equação de Nernst , o potencial calculado para essas condições é em torno de - 0,42 V. Ou seja, qualquer metal com potencial mais negativo do que - 0,42 V irá se oxidar.

13. Corrosão Previsão da Corrosão : Como esse valor é bem próximo do potencial da água, a tendência do ferro ser oxidado pela a água é pequena. Por essa razão, o ferro pode ser usado em encanamentos de sistemas de abastecimentos de água sem enferrujar. Por outro lado, quando o ferro é exposto ao ar úmido, isto é, na presença de oxigênio e água, a semi-reação abaixo é levada em conta: O 2(g) + 4 H + (aq) + 4 e -  2 H 2 O (l) E red = +1,23 V Fe 2+ (aq) + 2 e -  Fe (s) E red = - 0,44 V E o ferro na presença de oxigênio e água pode oxidar o ferro (II) em íons ferro (III) → ferrugem.

14. Corrosão Corrosão do Ferro : ___________________________________ 2 Fe (s) + O 2(g) + 4 H + (aq)  2 Fe 2+ (aq) + 2 H 2 O (l) Esses íons precipitam como óxido de ferro (III) hidratado, Fe 2 O 3 .H 2 O, a substância marrom insolúvel conhecida como ferrugem. Catodo: O 2(g) + 4 H + (aq) + 4 e -  2 H 2 O (l) Anodo: 2 Fe (s)  2 Fe 2+ (aq) + 4 e - 4 H 2 O (l) + 2 Fe 3+ (aq)  6 H + (aq) + Fe 2 O 3 .H 2 O (s) Catodo: ½ O 2(g) + 2 H + (aq) + 2 e -  H 2 O (l) Anodo: 2 Fe 2+ (aq)  2 Fe 3+ (aq) + 2 e - ___________________________________ 2 Fe 2+ (aq) + ½ O 2(g) + 2 H + (aq)  2 Fe 3+ (aq) + H 2 O (l)

15. Corrosão Corrosão do Ferro : Uma parte do ferro pode servir como anodo onde ocorre a oxidação de Fe a Fe 2+ . Os elétrons produzidos migram para a outra parte da superfície do metal que serve como catodo, onde O 2 é reduzido. A oxidação ocorre no local com a menor concentração de O 2 . O aumento da corrosão provocado pela presença de sais é geralmente mais evidente nas cidades costeiras (maresia) e nos países frios onde é usado sal grosso nas estradas.

16. Corrosão Corrosão do Ferro : Prevenindo a corrosão do ferro : A corrosão pode ser impedida através do revestimento do ferro com tinta ou um outro metal. ex: o ferro galvanizado é revestido com uma fina camada de zinco e usa o princípio da eletroquímica para proteger o ferro da corrosão mesmo depois que o revestimento da superfície for quebrado. Fe 2+ ( aq ) + 2 e -  Fe (s) E red = - 0,44 V Zn 2+ ( aq ) + 2 e -  Zn (s) E red = - 0,76 V Zinco é mais facilmente oxidado que o ferro. a proteção de um metal contra a corrosão tornando-o catodo em uma célula eletroquímica é conhecida como proteção catódica. o metal que é oxidado nesse processo é chamado de anodo de sacrifício.

17. Corrosão Corrosão do Ferro : Prevenindo a corrosão do ferro : Para a proteção do encanamento subterrâneo , um anodo de sacrifício é adicionado . O tubo de água é transformado no catodo e um metal ativo é usado como o anodo . Freqüentemente , o Mg é usado como o anodo de sacrifício : Mg 2+ ( aq ) +2e -  Mg( s ), E  red = -2,37 V Fe 2+ ( aq ) + 2e -  Fe( s ), E  red = -0,44 V

18. Corrosão Formas de Corrosão : As formas (ou tipos) de corrosão podem ser apresentadas considerando-se a aparência ou forma de ataque e as diferentes causas da corrosão e seus mecanismos. A morfologia : Uniforme Por Placas Alveolar Puntiformes ou por Pite Intergranular Intragranular Filiforme Por esfoliação Grafítica Dezincificação Em torno do cordão de solda e empolamento por hidrogênio

19. Corrosão Formas de Corrosão : As causas ou mecanismos : Por aeração diferencial Eletrolítica ou por corrente de fuga Galvânica Associada a solicitações mecânicas Em torno do cordão de solda Seletiva Empolamento ou fragilização pelo hidrogênio Fatores mecânicos : Sob tensão Sob fadiga Por atrito Associada à erosão

20. Corrosão Formas de Corrosão : O meio corrosivo : Atmosférica Pelo solo Por microorganismos Pela água do mar Por sais fundidos, etc. Localização do ataque : Por Pite Uniforme Intragranular Transgranular

21. Corrosão Formas de Corrosão : Formas de corrosão - Uniforme, em placas, alveolar, puntiforme (pite), intergranular, transgranular.

22. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO UNIFORME Define-se corrosão uniforme como aquela caracterizada pelo ataque em toda a superfície metálica que mantém contato com o meio corrosivo com conseqüentemente homogênea diminuição da espessura. Tal corrosão é atribuída a " micropilhas " de ação localizada sendo considerada o mais comum tipo de corrosão principalmente em estruturas expostas à atmosfera e outros meios que propiciem uniformidade do ataque à superfície metálica. Seu acompanhamento por controles diversos é facilitado, como nos casos de equipamentos e instalações dada a homogênea perda de espessura provocada. Mesmo sendo de fácil controle, sua ação é importante do ponto de vista de desgaste, pois a redução da espessura do material causa a diminuição de sua resistência a esforços, como as tensões, podendo levar a rupturas.

23. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO UNIFORME Corrosão uniforme em chapa de aço-carbono.

24. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO POR PLACAS Os produtos de corrosão formam-se em placas que se desprendem progressivamente. É comum em metais que formam película inicialmente protetora mas que, ao se tornarem espessas fraturam e perdem aderência, expondo o metal a novo ataque.

25. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO ALVEOLAR O desgaste provocado pela corrosão se dá sob forma localizada, com o aspecto de crateras semelhantes à alvéolos (tem fundo arredondado e são rasos). É comum em metais formadores de películas semi protetoras ou quando se tem corrosão sob depósito, como no caso da corrosão por aeração diferencial.

26. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO POR PITES A chamada corrosão por pites (do inglês pit , orifício) é uma forma de corrosão localizada que consiste na formação de pequenas cavidades e profundidade considerável. Caracteriza-se por atacar materiais metálicos que apresentam formação de películas protetoras. Sendo uma corrosão que não implica uma homogênea redução da espessura e ocorrendo no interior de equipamentos torna-se um tipo de corrosão de acompanhamento mais difícil. É de se considerar que um fator importante para o mecanismo da formação de pites seja a existência de pontos de maior fragilidade da película passivante (defeitos em sua formação).

27. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO POR PITES

28. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO INTERGRANULAR OU INTERCRISTALINA Quando o ataque se manifesta no contorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeníticos sensitizados , expostos a meios corrosivos.

29. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO INTRAGRANULAR, TRANSGRANULAR OU TRANSCRISTALINA Quando o fenômeno se manifesta sob a forma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no caso da corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeníticos .

30. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO FILIFORME Ocorre em superfícies pintadas com um delgado filme de tinta de base orgânica, caracterizada pela aparência de finos filamentos em direções semi-aleatórias de uma ou mais fontes.

31. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO ESFOLIAÇÃO A corrosão por esfoliação ocorre em diferentes camadas e o produto de corrosão, formado entre a estrutura de grãos alongados, separa as camadas ocasionando um inchamento do material metálico.

32. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO GRAFÍTICA Se processa no ferro fundido cinzento em temperatura ambiente. O ferro metálico é convertido em produtos de corrosão, enquanto a grafite permanece intacta. Observa-se que a área corroída fica com aspecto escuro, característico da grafite, e esta pode ser facilmente retirada com espátula.

33. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO POR DEZINCIFICAÇÃO Ocorre em ligas de cobre-zinco (latões), em que se observa o aparecimento de regiões com coloração avermelhada em contraste com a característica coloração amarela dos latões. Admite-se que ocorre uma corrosão preferencial do zinco, e o cobre restante destaca-se com sua característica cor avermelhada.

34. Corrosão Formas de Corrosão : CORROSÃO POR EMPOLAMENTO POR HIDROGÊNIO O hidrogênio atômico penetra no material metálico e, como tem pequeno volume atômico, difunde-se rapidamente e em regiões com descontinuidades, como inclusões e vazios, transforma-se em hidrogênio molecular, H 2 , exercendo pressão e formando bolhas.

35. Corrosão Formas de Corrosão : EM TORNO DE SOLDA Pode ser observada em torno de cordão de solda. Ocorre em aços inoxidáveis não-estabilizados ou com teores de carbono maiores que 0,03%. A corrosão se processa intergranularmente.

36. Corrosão Formas de Corrosão :

37. Corrosão Taxas de Corrosão : Taxa de corrosão é a taxa de material removido como conseqüência da ação química. Pode ser expressa como a TPC (Taxa de Penetração de Corrosão) ou a perda de espessura de material por unidade de tempo. Do ponto de vista de engenharia, estamos interessados em calcular a taxa de corrosão em função de parâmetros conhecidos. Portanto: W = perda de peso após um tempo de exposição t ρ = massa específica da amostra A = área exposta da amostra t = tempo de exposição K = constante de dimensionalização

38. Corrosão Taxas de Corrosão : A TPC é convenientemente expressa em mm/ano, mils/ano (milésimo de pol.). Assim: Para a maioria das aplicações, uma taxa de penetração da corrosão de menos do que aproximadamente 0,5 mm/ano ou 20 mils/ano é aceitável. OBS: Os valores de taxas de corrosão só podem ser utilizados para corrosão uniforme, não se aplicando para casos de corrosão localizada como, por exemplo, puntiforme e intergranular.

39. Corrosão Taxas de Corrosão : Exemplo : Um pedaço de uma placa de uma liga metálica corroída foi removida de uma navio em manutenção por um engenheiro naval. Foi estimada que a área original da placa era de 800 cm 2 e que aproximadamente 7,6 kg do material foram corroídos durante o tempo de uso do navio. Assumindo uma taxa de penetração da corrosão de 4 mm/ano para essa liga na água do mar, estime em anos, o tempo que a chapa permaneceu em contato com a água do mar. A massa específica da liga é de 4,5 g/cm 3 .

40. Corrosão Fatores que Influenciam na Velocidade Corrosão : Efeito da Temperatura De um modo geral, o aumento da temperatura acelera a corrosão, pois têm-se o aumento da condutividade do eletrólito e da velocidade de difusão dos íons. Entretanto, pode retardar a corrosão porque diminui a solubilidade do oxigênio na água. Efeito de Sais Dissolvidos Os sais podem agir acelerando (ação despolarizante, aumento da condutividade) ou retardando (precipitação de produtos de corrosão coloidais, diminuição da solubilidade de oxigênio, ação inibidora ou passivadora ) a velocidade de corrosão.

41. Corrosão Prevenção da Corrosão : INIBIDORES : Substância ou mistura de substâncias que, quando presente em concentrações adequadas, no meio corrosivo, reduz ou elimina a corrosão. quanto a composição: inibidores orgânicos e inorgânicos. quanto ao comportamento: inibidores oxidantes, não-oxidantes, anódicos , catódicos e de adsorção. PROTEÇÃO CATÓDICA: Método de controle de corrosão que consiste em transformar a estrutura à proteger no cátodo de um célula eletroquímica ou eletrolítica. É empregado para resguardar estruturas enterradas ou submersas tais como dutos, tanques, pés-de-torre , navios e plataformas.

42. Corrosão Prevenção da Corrosão : PROTEÇÃO ANÓDICA: Baseia-se na formação de uma película protetora, nos materiais metálicos, por aplicação de uma corrente anódica externa. Como a proteção anódica é utilizada em meios fortemente corrosivos, tem sido empregada em reatores de sulfonação , tanques de armazenamento de ácido sulfúrico, digestores alcalinos na indústria de celulose e trocadores de calor de aço inox para ácido sulfúrico.

43. Seleção de Materiais Metais Resilientes: Utilização de metais e ligas com alta resistência à corrosão, como aço inoxidável, alumínio e titânio. Aditivos Inibidores de Corrosão: Adição de elementos como cromo, níquel e molibdênio em ligas para melhorar a resistência à corrosão. Corrosão Prevenção da Corrosão :

44. Revestimentos Protetores Pinturas e Vernizes: Aplicação de camadas de tinta ou verniz que atuam como barreira física entre o metal e o ambiente corrosivo. Galvanização: Revestimento de aço com uma camada de zinco, que oferece proteção sacrificial. Revestimentos Poliméricos: Utilização de epóxi, poliuretano e outros revestimentos poliméricos para proteção contra a corrosão. Corrosão Prevenção da Corrosão :

45. Controle Ambiental Desumidificação: Manter níveis de umidade baixos em ambientes fechados para reduzir a formação de filmes de água na superfície dos metais. Controle de Contaminantes: Redução de poluentes atmosféricos, como SO₂ e NO₂, que podem formar ácidos na presença de umidade. Barreiras Físicas: Uso de barreiras físicas, como capotas e abrigos, para proteger estruturas expostas a ambientes corrosivos. Corrosão Prevenção da Corrosão :

46. Projetos de Engenharia Design Adequado: Projetar estruturas para minimizar a retenção de água e sujeira, garantindo boas práticas de drenagem. Evitar Junções Desfavoráveis: Minimizar o contato entre metais diferentes que podem causar corrosão galvânica. Corrosão Prevenção da Corrosão :

47. Manutenção e Inspeção Regular Inspeção Visual: Inspeções periódicas para identificar sinais iniciais de corrosão, como descoloração, ferrugem e pites. Limpeza Regular: Remoção de contaminantes, sais e detritos que podem acelerar a corrosão. Reparos Preventivos: Realização de reparos preventivos em áreas com sinais de corrosão inicial. Corrosão Prevenção da Corrosão :

48. Galvanização Galvanização é o processo de revestimento de metais, especialmente o aço e o ferro, com uma camada de zinco para protegê-los da corrosão. Existem vários métodos de galvanização, mas os dois mais comuns são a galvanização a quente e a galvanização eletrolítica.

49. Galvanização a Quente Neste método, o metal é mergulhado em um banho de zinco fundido a aproximadamente 450°C. Isso resulta na formação de várias camadas de liga zinco-ferro, que fornecem uma barreira protetora. Vantagens: Alta durabilidade. Proteção completa, incluindo cantos e arestas. Boa resistência à abrasão. Desvantagens: Pode alterar as dimensões das peças devido à espessura da camada de zinco. Acabamento superficial mais rugoso.

50. Etapas do Processo de Galvanização a Quente Preparação da Superfície: Limpeza Mecânica: Remoção de óxidos grossos e resíduos soltos por meio de escovação, jateamento abrasivo ou lixamento. Desengraxe: Imersão da peça em uma solução desengraxante para remover óleos, graxas e sujeira. Geralmente, é usado um banho alcalino ou ácido. 2- Decapagem: Decapagem Ácida: Imersão em uma solução de ácido clorídrico ou sulfúrico para remover ferrugem, óxidos e outras impurezas. Lavagem: Enxágue em água para remover resíduos de ácido e evitar contaminação. 3- Fluxagem : Aplicação de Fluxo: A peça é mergulhada em uma solução de cloreto de zinco e cloreto de amônio (fluxo). Secagem: A peça é seca para remover o excesso de fluxo e preparar para a imersão. 4- Imersão no Zinco Fundido: Banho de Zinco: A peça é mergulhada em um banho de zinco fundido a aproximadamente 450°C. 5- Resfriamento e Inspeção: Resfriamento: Após a imersão, a peça é retirada do banho de zinco e resfriada, geralmente em água ou em ar ambiente. Inspeção: A peça galvanizada é inspecionada para garantir a qualidade e a uniformidade do revestimento. São verificados aspectos como espessura da camada de zinco, aderência e cobertura completa.

51. Galvanização Eletrolítica Neste processo, o metal a ser galvanizado é colocado em uma solução eletrolítica contendo sais de zinco. A corrente elétrica é então passada através da solução, fazendo com que o zinco se deposite sobre o metal. Vantagens: Camada de revestimento mais uniforme e controlada. Melhor acabamento superficial. Menor espessura do revestimento, o que é ideal para peças com tolerâncias dimensionais críticas. Desvantagens: Menor resistência à corrosão em comparação com a galvanização a quente. Não cobre as arestas e os cantos tão bem quanto a galvanização a quente.

52. Etapas do Processo de Galvanização Eletrolítica 1- Preparação da Superfície: Semelhante à galvanização a quente, envolvendo limpeza mecânica e desengraxe. 2- Decapagem: Imersão em solução ácida para remoção de óxidos e ferrugem. 3- Aplicação de Fluxo: Imersão em solução de fluxo para prevenir oxidação. 4- Deposição Eletrolítica: Banho Eletrolítico: A peça é submersa em uma solução eletrolítica contendo sais de zinco. Corrente Elétrica: Uma corrente elétrica é aplicada, fazendo com que o zinco se deposite uniformemente na superfície da peça. 5- Lavagem e Secagem: Enxágue para remover resíduos de eletrólito e secagem para finalizar o processo. 6- Inspeção: Verificação da uniformidade e espessura do revestimento, assim como a qualidade da superfície .

53. ESTUDO DE CASO