PMR 2330 -
Materiais
para Sistemas Eletromecânicos
AULA 10
Seleção de Materiais Segundo
a Resistência à Corrosão
Considerações básicas
A corrosão pode
ser definida
como um
processo de
destruição do
material pela
ação do
meio-ambiente.
Considerações básicas
Praticamente todos os meios-ambientes são
corrosivos, em menor ou maior grau, quer se
trate de meio gasoso (atmosfera rural,
marítima ou urbana, atmosfera limpa ou
poluída, gases químicos),
meio líquido (água
doce e água do mar, água pura e água
poluída, soluções químicas aquosas, produtos
químicos orgânicos e inorgânicos líquidos), ou
meio sólido (solo seco ou úmido, solo natural
ou solo poluído, substâncias químicas
Considerações básicas
Os
materiais orgânicos são menos
corrosivos do que os
inorgânicos quando
em contato com os materiais metálicos.
Condições de
temperatura
e
pressão
mais
elevadas
aceleram
comumente o
processo corrosivo.
Modos como se manifestam os
efeitos danosos da corrosão
perda de qualidade na aparência
elevação do custo de manutenção
interrupção do funcionamento
perda de produtos em processamento ou
processados
redução da segurança
Critério de resistência à
corrosão
É estabelecido quantitativamente em termos
de velocidade de ataque corrosivo na forma
de:
perda de material por unidade de área para
um determinado tempo (por exemplo, 10
miligramas por decímetro quadrado, por dia,
mdd) ou de
profundidade de penetração ( por exemplo, 1
milímetros por ano, mpa)
Existem três formas de classificar
os processos de corrosão:
1.
Através dos mecanismos físicoquímicos
‑
fundamentais
2.
Corrosão química ou de combinação direta,
ou ainda, de oxidação
Conceitos de eletroquímica
1. A primeira se dá nos casos particulares de
trabalho em altas temperaturas em meios-ambientes secos;
2. A segunda ocorre nos casos de meios
ambientes onde estão presentes soluções aquosas, atmosferas úmidas e líquidas que atuam como eletrólitos
3. Pode-se definir a corrosão eletroquímica como
constituída de dois processos parciais de reações de oxidação e de redução do metal
Conceitos de eletroquímica
Segundo Gentil a corrosão ocorre devido
a reações do material com o meio onde
ele se encontra, dando origem a uma
interação de eletricidade e de
transformações químicas
.
Sendo assim, corrosão é uma
transformação química destrutiva do
metal, que é ocasionada por fluxo de
elétrons.
Para uma corrente escoar é preciso um
circuito elétrico completo:
1. Anodo – eletrodo onde ocorre a oxidação
( corrosão), onde a corrente na forma de íons metálicos , entra no eletrólito
2. Eletrólito – é o meio condutor ( líquido) que contém
íons que transportam a corrente até o catodo
3. Catodo – é o eletrodo onde ocorre a redução e o
local onde a corrente sai do eletrólito
4. Circuito metálico – é a ligação entre o anodo e o
catodo, por onde escoam os elétrons, no sentido anodo-catodo
Esquema do circuito elétrico de um
sistema de corrosão
Lembra da pilha eletroquímica?
Tipos
de corrosão
Pode-se classificar os tipos de corrosão inicialmente em dois grupos básicos:
tipos de corrosão onde apenas estão presentes mecanismos eletroquímicos (ou químicos) e que são: corrosão uniforme, corrosão galvânica, corrosão por frestas, corrosão localizada, corrosão intergranular, corrosão seletiva e corrosão por correntes dispersas;
tipos de corrosão onde além dos mecanismos eletroquímicos estão presentes ações mecânicas: corrosão-erosão , corrosão sob tensão e corrosão-fadiga
Corrosão uniforme
Apresenta-se na forma de um ataque uniforme
sobre toda a superfície de uma grande
região da peça; a peça aos poucos tem a
secção transversal corroída e reduzida na
espessura até a falha completa de
funcionamento.
Esse tipo de corrosão é o mais comum e é o
responsável pela maior perda de material
metálico por processo corrosivo.
CORROSÃO LOCALIZADA: Célula
eletroquímica iniciada em sítios
anódicos e catódicos de um metal
Corrosão galvânica
Ocorre quando dois metais diferentes estão em
contato e imersos num meio corrosivo. A formação de um par galvânico conduz a corrosão do metal menos nobre na região adjacente a junção das duas peças de metais diferentes; então o metal menos nobre tem um comportamento anódico e a
intensidade da corrosão será dependente da
diferença de potencial formada na pilha constituída desses metais em contato. Essa diferença de
potencial pode ser determinada com auxílio de uma tabela que contém a série eletroquímica dos metais principais .
Exemplo de corrosão galvânica: casca
de Mg foi fundida em volta de aço
Série Galvânica
Materiais mais inertes ( catódicos)Platina Ouro Grafite Titânio Prata
Aço inoxidável 316 ( passivo) Aço inoxidável 304 ( passivo)
Série Galvânica ( continuação)
Inconel( 80Ni-13Cr-7Fe) ( passivo) Níquel ( passivo)
Monel ( 70Ni-30Cu) Ligas Cobre-Níquel
Bronzes ( ligas Cobre- Estanho) Cobre
Latões( Ligas Cobre-Zinco) Inconel ( ativo)
Série Galvânica ( continuação)
Estanho Chumbo
Aço inoxidável 316 ( ativo) Aço inoxidável 304 ( ativo) Ferro fundido
Ferro e aço ( exceto os mencionados antes) Ligas de alumínio
Série Galvânica ( continuação)
Alumínio comercialmente puro Zinco
Magnésio e suas ligas
Corrosão por frestas
Está presente nas regiões das peças onde se
forma uma fresta como nas placas sobre-postas, encostos de arruelas e parafusos, encosto de
rebites e nos depósitos de substâncias estranhas como areia e produtos de corrosão . As frestas, nesses casos, devem ser bem grandes para
permitir a entrada de líquidos e,ao mesmo tempo, manter esse líquido estagnado; no caso de
depósitos ainda deve-se notar sua porosidade que permite a penetração e manutenção de líquidos na região de contato com o metal
Locais de formação de frestas :
a) devido a geometria estrutural,
Exemplo de corrosão por frestas em
placas imersas em água do mar:
a corrosão ocorreu nas regiões onde
estavam arruelas
Corrosão localizada ou por
“pites”
Apresenta furos na superfície metálica decorrentes da ação corrosiva concentrada em alguns pontos; os diâmetros dos furos variam, em geral são
pequenos.
A corrosão localizada é um dos tipos mais
destrutivos, pois conduz a perfuração da parede da peça e nem sempre é de fácil detecção pois os furos podem ser pequenos e estar cobertos com os produtos da corrosão; além disso, é um
processo corrosivo difícil de ser avaliado e reproduzido em condições de laboratório.
“Pites” de aço inox 304 colocado
numa solução de HCl
Esquema de possíveis locais onde a
corrosão por pite e por fresta podem
Corrosão por correntes dispersas
ou por correntes de fuga
Decorre da passagem de uma corrente elétrica desviada de seu percurso normal para a peça metálica; exemplo típico ocorre nas tubulações enterradas que correm paralelamente a uma estrada de ferro eletrificada; parte da corrente sai dos trilhos, atravessa o solo de relativa
pequena resistividade, penetra no tubo metálico, percorre uma certa distância nesse tubo e sai
novamente em direção ao trilho. Na saída da corrente surge um processo corrosivo que
Corrosão Intergranular
A maioria dos metais comerciais são
policristalinos, ou seja formados por
pequenos cristais que são unidos pelas
suas superfícies uns aos outros. Essa
junção é chamada contorno de grão.
Pequenas regiões adjacentes aos
contornos de grãos, sob certas
condições , são consideradas mais
reativas (mais anódicas) que o interior do
grão.
Esquema indicando precipitados no
contorno de grão e zona empobrecida do
elemento de liga
Micrografia de latão mostrando
corrosão intergranular
Corrosão-erosão
Processo corrosivo associado a ação erosiva de um fluido em movimento numa superfície
metálica; em geral o movimento é rápido e os produtos da corrosão são retirados da região atacada. A aparência da superfície atacada é caracterizada pela presença de riscos, furos
arredondados, ondulações e outras marcas que normalmente se orientam na direção do
escoamento do fluido. Nesse tipo de corrosão, a velocidade do fluido tem uma importância notável e o efeito de desgaste se acentua com a
Exemplo de erosão-corrosão num coto-velo
de aço numa linha de vapor de água
Corrosão sob tensão
Surge através da presença de uma fissura causada pela ação simultânea de um meio corrosivo e uma tensão de tração; em geral somente a fissura está presente , isto é, não aparece sinais de outros tipos de corrosão. Diversas variáveis afetam o fenômeno como a temperatura, a natureza do metal (comp. e microestrutura), a composição do meio líquido corrosivo e o nível da tensão. A fissura
apresenta características que conduzem à fratura frágil da peça, e pode ser tanto inter como transcristalina.
Corrosão por “fretting”
Nesse processo a corrosão ocorre devido à
ruptura do filme de proteção, devido à abrasão que ocorre pelo movimento de fricção de dois ou mais componentes metálicos, em um meio corrosivo. Cada vez que uma superfície é
friccionada sobre outra, seus filmes são removidos, podendo ser substituídos. A
velocidade de formação de novo filme varia de um metal para outro.
Corrosão-Fadiga
Corrosão-fadiga é a redução da
resistência à fadiga de um metal pela
ação do meio ambiente corrosivo.
Na corrosão-fadiga ocorre como falha pela
propagação de uma trinca transgranular,
que pode ocorrer em quase todos os
materiais submetidos a tensões cíclicas
em ambiente corrosivo.
Métodos de prevenção da corrosão
1. Seleção do metal, ou liga metálica mais
adequados a um determinado meio ambiente.
2. Alteração do meio ambiente (diminuição de
temperatura e velocidade de fluxo do fluido, remoção de oxigênio e oxidantes, alteração de concentração, adoção de inibidores).
3. Alteração do projeto do sistema mecânico 4. Aplicação de proteção catódica e anódica. 5. Utilização de revestimentos metálicos
6. Utilização de revestimentos orgânicos 7. Aplicação de metal de sacrifício
Passividade
Refere-se à
diminuição da reatividade
química
experimentada por certos metais
e ligas sob condições particulares em
certos meios. Quando isso acontece eles
tornam-se inertes e agem como se fossem
metais nobres como o ouro e a platina.
Passividade
Passividade é simplesmente uma
condição existente na superfície do metal
por causa da presença de um filme
protetor ( óxido) que diminui
PROCESSOS
ALGUNS METAIS DE REVESTIMENTO
Eletrodeposição Cu, Ni, Cr, Zn, Cd, Sn, Au, Ag, Pt
Deposição por imersão Al, Zn, Pb, Sn Deposição por aspersão Zn, Sn, Pb, Al Deposição por plaqueamento Al, Ni
Deposição por difusão Zn, Cr, AI
Conversão química Compostos metálicos (óxidos, cromatos, fosfatos)
Quadro
Processos de aplicação de revestimentos metálicos.
Metal de sacrifício ou "
Eletrodo
de sacrifício"
é qualquer
metal
utilizado em estruturas
submetidas a ambientes
oxidantes
, com o
objetivo de ser oxidado em seu lugar.
Esse metal deve possuir menor poder de
redução
do que o material utilizado na
estrutura, para que possa ser "sacrificado" e
protegê-la.
O
zinco
e o
magnésio
são metais comumente
utilizados com esse objetivo.
A utilização de um metal de sacrifício é um
método de
proteção catódica
.
Metal de sacrifício parcialmente corroído ligado
ao casco de um navio.
Anodização
é o processo de criar um filme de óxido sobre certos metais por meio da imersão em um banho eletrolítico no qual o metal a anodizar é ligado ao pólo positivo de uma fonte de eletricidade, transformando-se no anodo da cuba eletrolítica.
Metais como:
alumínio, nióbio, tântalo, titânio, tungstênio, zircônio têm
resultados característicos de formação de camada de óxido. A anodização de ligas metálicas depende muito da sua
composição, por exemplo, ligas de alumínio para fundição têm bastante silício, que dá fluidez para o bom preenchimento dos
