Resistência à corrosão

Além das propriedades mecânicas, o efeito das características microestruturais sobre a resistência à corrosão é um assunto de importância a ser considerado em aplicações de engenharia. Em um ambiente altamente competitivo em que se vive hoje, muitas indústrias têm enfrentado a desagradável surpresa de seu produto falhar por corrosão prematura devido a uma inadequada seleção de materiais, sendo que estas falhas levam a interrupção da produção. A corrosão é definida como o efeito de reações químicas indesejáveis sobre as propriedades dos materiais. Os processos de corrosão podem ser classificados segundo o meio (corrosão química ou eletroquímica) e segundo sua morfologia (corrosão uniforme ou localizada). Dentre a primeira classificação, a forma de corrosão mais frequente e mais severa é a corrosão eletroquímica (WOLYNEC, 2003). Esta é produzida pela movimentação de elétrons através de um eletrólito, que forma uma pilha quando dois metais diferentes estão em contato, e a este grupo pertencem a corrosão em soluções salinas e água do mar e a corrosão atmosférica. Todavia, também é plausível que esta célula se desenvolva na presença de um único metal, posto que pequenas dessemelhanças de concentrações de soluto são capazes de produzi-las.

Em geral, quando se tem duas diferentes áreas de uma mesma superfície de um metal ou dois metais de potenciais diferentes mergulhados em um eletrólito, o que tem potencial mais baixo atua como anodo, enquanto o que tem um potencial mais alto atua como catodo, isto é, quanto maior a diferença de potencial maior é a corrente de corrosão. Por exemplo, o Bismuto tem um potencial de +0.28V (GENTIL, 1998), enquanto o antimônio tem um potencial de +0.25V (GENTIL, 2007). Ao unir os dois metais com um condutor elétrico o antimônio corrói, enquanto que no bismuto se observa a formação de um depósito eletrolítico de bismuto. A corrosão eletroquímica pode assumir cinco diferentes formas: uniforme, intergranular, por placas, alveolar e puntiforme (Pite).

Estas formas de corrosão são amplamente investigadas através de ensaios de polarização e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). A Figura 2.28 expõe, metodicamente, uma curva de polarização de um material metálico imerso em um eletrólito que comporta íons agressivos. A inflexão inicia-se pela região catódica, progride até o potencial de corrosão, Ecorr, e cessa na zona anódica. Percebe-se no percurso da zona catódica

que conforme aumenta o potencial, diminui a densidade de corrente, enquanto que, na zona anódica, à medida que eleva a polarização, a densidade de corrente torna-se maior. Ao progredir com a polarização nota-se que a densidade de corrente decresce repentinamente.

Este acontecimento é denominado como passividade. O potencial que aparece em tal fenômeno se intitula de potencial de passivação, Ep (GENTIL, 2007). As características da

capa passiva definem as reações do metal a potenciais mais anódicos. Deste modo, a um determinado potencial de ruptura, Er, a capa passivante declina sua manutenção e é

transpassada pontualmente. Neste estágio ocorre um aumento súbito da densidade de corrente em virtude da geração de corrosão. O uso de um procedimento, estabelecido na literatura como método da extrapolação de Tafel, permite determinar a densidade de corrente (icorr) ou,

em outras palavras, a taxa de corrosão, ver Figura 2.29.

Figura 2.28 Representação esquemática de uma curva de polarização potenciodinâmica com

Figura 2.29 Determinação da densidade de corrente através do método de Tafel (adaptado de

CASTRO, 2008).

A EIEconsisteno empregode um potencial de corrente alternada,no qual o resultado na configuraçãode corrente, a variadas frequências, viabiliza a aquisição da impedância desta forma (GENTIL, 2007; WOLYNEC, 2003):

Z=E/I

Em geral a impedância surge fixada por uma parcela real (eixo da abcissa),associada a componentes resistivos, e outra imaginária vinculada a um fenômeno capacitivo/indutivo (RIBEIRO, 2015), que possibilita caracterizar de forma integral a impedância ao indicar o módulo |Z| no diagrama de Nyquist, Figura 2.30(a).Cada posição deste perfil reflete um vetor de impedância com frequência Ꞷ (=RC-1_{), de módulo (Z) e ângulo de fase, θ. Segundo Gentil}

(2007), quanto maior R e menor C, melhores são as propriedades de barreira do material em estudo. Em outras palavras, quanto maior o diâmetro do semicírculo, maior a resistência de polarização, Rpol, e menor é a taxa de corrosão (RIBEIRO, 2015). A simbologia RΩ para altas

frequências está associada à resistência da solução eletrolítica (CARVALHO, 2006).Também é corriqueiro o uso do diagrama de Bode na configuração mólulo de impedância (log |Z|) e ângulo de fase (θ), ambos em função da frequência (logω), Figura 2.30(b). Oposto ao diagrama de Nyquist, a representação de Bode tem a primazia de englobar um informe

adicional explícito, ou seja, as frequências.O ângulo de fases (θ) esboça curvas variantes com a frequência, cujos valores maiores refletem a resistência à corrosão (FARIA, 2015).

(a)

(b)

Figura 2.30 Diagramas de impedância: (a) Representação de Nyquist e (b) Bode (Adaptado

de WOLYNEC, 2003).

É comprovado que a microestrutura, a distribuição de fases secundárias e a composição química afetam a resistência à corrosão de qualquer tipo de liga. Adicionalmente, já é conhecido na literatura que uma boa resistência mecânica está associada a uma microestrutura refinada, porém nem sempre a uma melhor resistência à corrosão, visto que

isto depende do comportamento anódico e catódico de cada componente da liga e também da distribuição das fases ao longo da estrutura do material.

Como exemplo, a pesquisa desenvolvida por Brito (et al., 2016) investiga o papel da microestrutura sobre a resistência à corrosão da liga Al-3%Mg-1%Si obtida através de solidificação direcional. Aqui é relatada a ocorrência de uma transição celular/dendrítica reversa, ou seja, crescimento celular seguido de crescimento dendrítico. Estes autores afirmam que arranjos microestruturais celulares e dendríticos refinados estão associados à baixa densidade de corrente e nobre potencial de corrosão quando comparados a microestruturas grosseiras. Já na liga Pb-0,85%Sb com microestrutura completamente celular, constituída pela fase rica em Pb (Pb,Sb), menos nobre, e envolvida pelo eutético Pb+(Sb,Pb), a resistência a corrosão aumenta consideravelmente quando as ligas estão associadas a menores taxas de resfriamento. Em contrapartida, espaçamentos dendríticos refinados estão associados a melhor resistência à corrosão para a liga Pb-6,5%Sb (OSÓRIO, 2008).

Com relação ao efeito da concentração de soluto, Peixoto (PEIXOTO, 2010) relata que o aumento da concentração de 1% para 2,5% Sn em ligas Pb-Sn não modifica a morfologia microestrutural e o comportamento eletroquímico resultante é bastante similar. Por outro lado, foi relatado que quando o teor de prata é aumentado em ligas Pb-Ag, de 1% Ag para 2,4% Ag, um arrranjo dendrítico caracteriza a microestrutura de ambas as ligas, e a densidade da corrente de corrosão diminui de 10,3 μA/cm2

para 6,8 μA/cm2 (PEIXOTO, 2013).

Um trabalho recente de Septimio e coautores (2019) é uma das poucas publicações relacionadas à correlação de ligas à base de bismuto com resistência à corrosão. Estes autores analisam amostras de ligas Bi-Zn, com diferentes concentrações de Zn (1,5; 2,7; e 5%), solidificadas em regime transitório a partir de um dispositivo refrigerado à água. As análises das microestruturas resultantes permitiram a identificação de dendritas trigonais rica em Bi e fibras de Zn, como fases primárias de ligas hipoeutéticas e hipereutéticas, respectivamente, imergidas em uma mistura eutética. As amostras submetidas a ensaios de polarização revelam que um aumento na concentração de Zn eleva a taxa de corrosão de ligas Bi-Zn e, portanto, a liga Bi-5%Zn apresenta maior densidade de corrente.

3 MATERIAIS E MÉTODOS