Medição de perda de massa por corrosão

Foi realizada a medição de perda de massa por corrosão da liga de Al AA A380.0 para que alternativamente, esta perda de massa possa ser convertida em densidade de corrente de corrosão através da lei de Faraday e também em taxa de corrosão, possibilitando estimativa de perda de massa por corrosão da caixa de distribuição ao longo do tempo. Esta medição foi realizada em duas etapas. Primeiramente, foi realizada a medição com amostras da liga de Al A380.0 sem par galvânico e na seqüência foi realizada a medição com uma amostra formando par galvânico com o ferro fundido do bloco de cilindros.

Para a realização destas medições de perda de massa, foram utilizados os seguintes equipamentos:

 amostras do componente do motor caixa de distribuição (conforme figura 22).

 dispositivo para a formação do par galvânico (figuras 24, 25, 26 e 27).

 amostra do componente do motor bloco de cilindros.

 balança analítica (com resolução de 0,000001 g).

 solução de H₂SO_4. + 1 ppm Cl-, com pH 4.

 um béquer de 500 ml.

Para a medição sem formação do par galvânico, primeiramente foram retiradas da caixa de distribuição dez amostras com 0,5 mm de espessura e com aproximadamente 13,5 mm x 12,0 mm, conforme figura 22. Este tamanho e espessura mínimos das amostras, são importantes para facilitar a percepção da perda de massa durante o ensaio. Estas amostras

foram devidamente identificadas, limpas em ultra-som, lavadas com acetona, secas em estufa, e foram pesadas em uma balança analítica. Em seguida, foram acondicionadas no béquer contendo a solução de H2SO4, conforme ilustrado na figura 23. Para verificação da perda de

massa, foi feita pesagem uma vez por semana, durante 54 dias, submetendo antes as amostras ao processo de limpeza acima descrito. De posse das massas registradas após as medições, foi possível avaliar a perda de massa e gerar um gráfico conforme apresentado no capítulo de resultados e discussão.

Figura 23: ilustração da medição de perda de massa sem formação do par galvânico com o ferro fundido.

Para a medição de perda de massa com o par galvânico formado entre a liga de Al da caixa de distribuição e o ferro fundido do bloco de cilindros, foi utilizada uma amostra de 10 mm x 10 mm x 0,5 mm, e foi fabricado o dispositivo conforme ilustrado nas figuras 24, 25, 26 e 27. Este dispositivo foi desenvolvido com o objetivo de isolar a amostra de tal forma que corroesse somente a amostra de Al sendo que a área utilizada para cálculo como área exposta da amostra, é a área do furo da tampa do dispositivo. O mesmo é composto de um corpo e uma tampa de material polimérico (PVC), com “tarugo” de latão, e montado neste tarugo um eletrodo de solda, para condutividade elétrica. O componente de latão deve ficar um mínimo sobressalente para que possibilite o contato com a amostra de Al. O eletrodo de solda deve ser isolado eletricamente com revestimento (ex. tinta), para que este não sofra o processo de corrosão.

A amostra de Al é montada no dispositivo conforme figura 28. Em seguida é feito o contato elétrico (com fio de cobre) do dispositivo com uma amostra do bloco de cilindros,

possibilitando a formação do par galvânico, e acondicionado no béquer contendo a solução de H2SO4, conforme ilustrado na figura 29.

Para a amostra de Al foi utilizado o mesmo processo de limpeza e pesagem descrito anteriormente.

Figura 24: desenho esquemático do dispositivo para medição de perda de massa com formação do par galvânico com o ferro fundido (sem escala).

Figura 25: dispositivo (corpo) para medição de perda de massa com formação do par

galvânico com o ferro fundido.

Figura 26: dispositivo (tampa) para medição de perda de massa com formação do par galvânico com o ferro fundido.

Figura 27: dispositivo (conjunto) para medição de perda de massa com formação do par galvânico com o ferro fundido.

Figura 28: amostra de Al montada no dispositivo para medição de perda de massa com formação do par galvânico com o ferro fundido.

Figura 29: ilustração da medição de perda de massa com formação do par galvânico com o ferro fundido.

Para este ensaio, foi realizada apenas a pesagem inicial e após as três semanas, em virtude da dificuldade de pesagens intermediárias em função da desmontagem da amostra e montagem no mesmo local. De posse dos valores das massas registradas após três semanas, foi possível avaliar a perda de massa e gerar os dados conforme apresentados no capítulo de resultados e discussão.

Conforme mencionado no início deste subcapítulo, alternativamente, a perda de massa pode ser convertida em densidade de corrente de corrosão 

      A i

I através da lei de Faraday,

possibilitando a estimativa de perda de massa da caixa de distribuição (componente como um todo) ao longo do tempo. Para isto, utiliza-se a equação 4.1 detalhada a seguir:

M z t A m F A i I          . Eq. 4.1 Onde: I = A i

-> é a densidade de corrente de corrosão [A/m²].

i -> é a corrente em Ampér [A].

A -> é a área em m².

F -> é a constante Faraday = 96500 em Ampér x segundos [A.s].

m

 -> é a diferença de massa em grama [g].

t -> é o tempo em segundos [s].

z -> é o nº de elétrons transferidos = 3.

M -> é o nº atômico do Al = 26,9815 [g/mol].

Com esta equação, foi possível calcular a densidade de corrente de corrosão ao longo do tempo com as diferenças de massa e gerar o gráfico conforme apresentado no capítulo de resultados e discussão.

Com os dados de densidade de corrente de corrosão, foi possível estimar a perda de massa em serviço da caixa de distribuição isolando a variável “m” da equação 4.1.

t A z M F I m . .     Eq. 4.2

Foi feita esta estimativa para 50.000 km, 100.000 km e 300.000 km. Foi escolhido 300.000 km pois esta é a kilometragem considerada como vida útil do motor em questão. 50.000 km em função de ser uma kilometragem base para período de garantia. Considerando que o veículo que utiliza este motor Diesel percorre em média 2.000 km por mês.

Também, conforme mencionado no inicio deste subcapítulo, por meio da perda de massa pode ser calculada a taxa de corrosão em mpy (milésimo de polegada de penetração por ano) ou mmpy (milímetros de penetração por ano), conforme detalhado na equação 4.3:

              t A m mmpy 13,56 Eq. 4.3 Onde:

mmpy -> são os milímetros de penetração por ano [mm/ano].

 -> é a densidade do Al [g/mm³].

t -> é o tempo em [anos].

A -> é a área em [mm²]

Também foi possível estimar a perda de massa em serviço da caixa de distribuição pelo cálculo de taxa de corrosão, isolando a variável “m_{” da equação 4.3.}

           56 , 13  t A mmpy m Eq. 4.4

Estes cálculos foram realizados tanto para os resultados provenientes da medição de perda de massa por corrosão sem formação do par galvânico como para as medições com formação do par galvânico.