UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DESENVOLVIMENTO DE CÉLULA ELETROLÍTICA
PARA ENSAIOS DE CORROSÃO EM MATERIAIS
METÁLICOS
EMANOEL JONATHAN BARBOSA DE CARVALHO
NATAL- RN, 2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DESENVOLVIMENTO DE CÉLULA ELETROLÍTICA
PARA ENSAIOS DE CORROSÃO EM MATERIAIS
METÁLICOS
EMANOEL JONATHAN BARBOSA DE CARVALHO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico, orientado pelo Prof. Dr. Thércio Henrique de Carvalho Costa.
NATAL - RN
2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DESENVOLVIMENTO DE CÉLULA ELETROLÍTICA
PARA ENSAIOS DE CORROSÃO EM MATERIAIS
METÁLICOS
EMANOEL JONATHAN BARBOSA DE CARVALHO
Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão de CursoProf. Dr. Thércio Henrique de Carvalho Costa ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Orientador
Eng. Anderson Wagner Alves de Menezes ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador Interno
Eng. Eduardo Javier Perez Olivares ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Avaliador Interno
DEDICATÓRIA
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, gostaria de agradecer a Deus por ter me abençoado com saúde e força para superar as dificuldades.
Aos meus pais, José Evandro e Francisca Neta que sempre estiveram ao meu lado me apoiando ao longo de toda minha jornada.
À minha namorada, Heloisa Fonseca, pela compreensão e paciência demonstrada durante o período de projeto.
Ao meu professor e orientador, Thércio Henrique, pelas valiosas contribuições dadas durante todo o processo.
A Willyam Santos, por contribuir na elaboração do código de programação do sistema Arduino.
Aos meus colegas de curso e toda família do Laboratório de Processamento de Materiais por Plasma (LabPlasma) que contribuíram direta ou indiretamente com este trabalho.
Também gostaria de agradecer à Universidade Federal do Rio Grande do Norte e a todo corpo de docentes do curso de engenharia mecânica.
Carvalho, E. J. B. Desenvolvimento de célula eletrolítica para ensaios de corrosão em materiais metálicos. 2019. 57 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2019.
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo geral desenvolver uma célula eletrolítica e avaliar a resistência à corrosão em diferentes amostras de tubos de aços inoxidáveis que foram submetidos ao processo de nitretação em plasma. Para realização dos ensaios, foi projetado uma célula de corrosão e estruturado um sistema de automação para coletar valores de corrente em função da varredura do potencial aplicado, mediante a utilização de um microcontrolador Arduino. Técnicas eletroquímicas foram empregadas e a avaliação da resistência à corrosão para diferentes amostras de aço foi feita pelo método de polarização potenciodinâmica. Os resultados obtidos através do levantamento das curvas de polarização anódica e polarização linear mostrou que todos os aços apresentaram desempenho similar com pequenas variações nos parâmetros de potencial e resistência de corrosão.
Carvalho, E. J. B. Electrolytic cell development for corrosion testing of metallic materials. 2019. 57 p. Conclusion work project (Graduate in Mechanical Engineering) - Federal University of Rio Grande do Norte, Natal-RN, 2019.
ABSTRACT
This work has as general objective to develop an electrolytic cell and to evaluate the corrosion resistance in different stainless steel tubes that have been submitted to plasma nitriding process. To perform the tests, a corrosion cell and a structured automation system were designed to collect current values as a function of the applied potential variation using an Arduino microcontroller. Electrochemical techniques were employed and an evaluation of corrosion resistance for different steel sizes was made by the potentiodynamic polarization method. The results obtained by surveying the anodic polarization and linear polarization curves showed that all results presented with similar performance with small variations in the parameters of potential and corrosion resistance.
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - O ciclo dos metais ... 3
Figura 2 - Estágio inicial da reação anódica ... 5
Figura 3 - Polarização anódica e catódica de um eletrodo ... 6
Figura 4 - Esquema do sistema para o ensaio potenciostático ... 8
Figura 5 - Relação linear entre densidade de corrente e potencial ... 10
Figura 6 - Formas de corrosão ... 11
Figura 7 – Corrosão por pites em aço inoxidável do tipo 316 devido a cloretos ácidos ... 13
Figura 8 – Várias formas de pite ... 13
Figura 9 – Corrosão por pite em aço inox ... 14
Figura 10 - Correlação entre taxa de corrosão e pH ... 15
Figura 11 - Curva de polarização típica obtida por meio da técnica potenciocinética ou potenciodinâmica para a determinação ... 16
Figura 12 - Curva esquemática para um metal que exibe uma transição ativa-passiva ... 17
Figura 13 - Célula de corrosão utilizada nos experimentos ... 20
Figura 14 - Arduino Uno e sensor de corrente Acs712 5 Amper ... 22
Figura 15 - Sistema montado para aquisição de dados ... 22
Figura 16 - Bancada experimental ... 23
Figura 17 - Seis amostras de aço AISI 316 com diferentes revestimentos superficial de nitretação em plasma ... 24
Figura 18 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (Cc50N2D40WS) .... 26
Figura 20 - Curvas de polarização anódica para o Aço AISI 316 (Cc50N2D40) ... 28
Figura 21 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (Cc50N2D40) ... 29
Figura 22 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (Cc75N2D40) ... 30
Figura 23 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (Cc75N2D40) ... 31
Figura 24 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (PN25D51) ... 32
Figura 25 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (PN25D51) ... 33
Figura 26 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (500N7,5) ... 34
Figura 27 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (500N7,5) ... 35
Figura 28 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (450N10) ... 36
Figura 29 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (450N10) ... 37
Figura 30 - Curvas de polarização anódica sobrepostas dos ensaios de corrosão dos materiais metálicos com nitretação em plasma ... 39
Figura 31 - Curvas de polarização linear sobrepostas dos ensaios de corrosão dos materiais metálicos com nitretação em plasma ... 40
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Valores obtidos através das curvas de polarização anódica dos ensaios de corrosão dos aços nitretados ... 37
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 1
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 3
2.1 CORROSÃO ... 3
2.1.1 Aspectos gerais sobre corrosão ... 3
2.1.2 Potencial de eletrodo ... 4
2.1.3 Polarização ... 6
2.1.4 Curva de polarização ... 7
2.1.5 Formas de corrosão ... 10
2.1.6 Corrosão por pite ... 12
2.2 NITRETAÇÃO POR PLASMA ... 18
3 METODOLOGIA ... 20 3.1 CÉLULA DE CORROSÃO ... 20 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ... 21 3.3 MATERIAIS ... 23 3.4 SOLUÇÃO DE TRABALHO ... 25 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 26 4.1 AÇO AISI 316 (CC50N2D40WS) ... 26 4.2 AÇO AISI 316 (CC50N2D40) ... 27 4.3 AÇO AISI 316 (CC75N2D40) ... 29 4.4 AÇO AISI 316 (PN25D51) ... 31 4.5 AÇO AISI 316 (500N7,5) ... 33 4.6 AÇO AISI 316 (450N10) ... 35 4.7 ANÁLISE COMPARATIVA ... 37 5 CONCLUSÕES ... 41 6 REFERÊNCIAS ... 42 7 ANEXOS... 44
1 INTRODUÇÃO
Uma das características mais relevantes dos aços inoxidáveis é a sua excelente resistência à corrosão quando comparados aos aços convencionais, entretanto essas ligas não são imunes a esse tipo de dano, sendo suscetíveis principalmente à corrosão localizada (GONÇALVES DOS SANTOS JR, VOLCANOGLO BIEHL & MARASCA ANTONINI, 2017).
Os problemas de corrosão são frequentes e ocorrem nas mais variadas atividades, como por exemplo, nas indústrias química e petrolífera, nos meios de transportes aéreo, ferroviário, metroviário, marítimo, rodoviário e nos meios de comunicação, como sistemas de telecomunicações, na odontologia (restaurações metálicas, aparelhos de prótese), na medicina (ortopedia) e em obras de arte como monumentos e esculturas.
Os prejuízos causados pelos danos da corrosão, do ponto de vista econômico, atingem custos extremamente altos, resultando em consideráveis desperdícios de investimentos, isto sem falar dos acidentes e perdas de vidas humanas provocadas por contaminações, poluição e falta de segurança dos equipamentos.
Para se ter uma ideia, Rieder et al. (2009) afirma que, nos países industrializados como os EUA, a corrosão causa prejuízos da ordem de 300 bilhões de dólares anuais, superando catástrofes como enchentes e incêndios. Em relação ao Brasil, apesar de não existirem estudos completos sobre os prejuízos causados pela corrosão, é possível fazer uma estimativa considerando-se um estudo publicado no livro Jambo (2009), que o custo da corrosão para um país industrializado é de aproximadamente 3,5% do seu PIB. Estima-se, então, que no país os prejuízos decorrentes da corrosão ultrapassem 30 bilhões de dólares anuais.
As perdas causadas pela corrosão podem ser classificadas em diretas e indiretas. São perdas diretas os custos de substituição de peças ou equipamentos que sofreram corrosão, incluindo-se energia e mão de obra (GENTIL, 2011). Os custos indiretos estão associados à prevenção dos danos causados pela corrosão às pessoas, meio ambiente e instalações mecânicas (JAMBO, 2009).
Assim, para reduzir os efeitos dos processos de corrosão, foram desenvolvidas diversas técnicas de tratamentos de superfície que visam alteração das
propriedades superficiais do metal base, formando uma camada de proteção quimicamente estável e fortemente aderente em sua superfície, de modo a aumentar a vida útil do componente.
Uma dessas técnicas é a nitretação por plasma, um dos processos termoquímicos que alcançou elevado nível de aceitação industrial nos últimos anos, especialmente nos países industrializados, devido às grandes vantagens deste processo sobre os métodos convencionais como: aumento da vida útil dos componentes, não produção de rejeitos poluentes, economia de energia, redução no tempo de processamento e o não requerimento de acabamento adicional após nitretação. Essa técnica foi patenteada por J. J. Egan nos E. U. A. em 1931 e por Bernhard Berghaus em 1932 na Suíça, porém a utilização industrial ocorreu somente nos anos 60 (LI, 2009).
Com base nesse contexto, o presente trabalho tem como finalidade realizar um estudo analítico e comparativo da resistência de corrosão em diferentes amostras de superfícies de tubos de aços inoxidáveis, após um processo de tratamento superficial de nitretação em plasma, utilizando-se ensaios de polarização potenciodinâmica em uma célula eletrolítica.
Para realização dos experimentos, foi necessário desenvolver uma célula de corrosão e promover um sistema de automação utilizando um microcontrolador programável para melhorar o desempenho e utilização desse equipamento, permitindo resultados mais confiáveis e com maior controle do processo.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CORROSÃO
2.1.1 Aspectos gerais sobre corrosão
Corrosão pode ser definido como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente associada ou não a esforços mecânicos (GENTIL, 2011).
A corrosão é um processo espontâneo e geralmente ocorre na superfície dos matérias com princípios bem estabelecidos. Todos os metais estão sujeitos ao ataque corrosivo, se o meio for suficientemente agressivo, de modo que a durabilidade e desempenho dos mesmos deixam de satisfazer os fins aos quais se destinam.
Dutra & Nunes (1999) afirma que nos processos de corrosão, os metais reagem com elementos não metálicos do meio como oxigênio e enxofre, produzindo compostos semelhantes ao minério do qual é originalmente extraído. Nestes casos, a corrosão é inversa ao processo siderúrgico. Ou seja, o metal possui um nível de energia mais elevado que o do composto de onde se originou. Assim, o metal encontra-se num nível de energia metaestável e, havendo condições propícias, ocorrem reações de corrosão levando o metal à sua forma original e liberando energia. A figura 1 ilustra esse processo, respectivamente.
Figura 1 - O ciclo dos metais
Segundo Fontana (1987), a corrosão pode ser classificada como corrosão seca (mecanismo químico) ou aquosa (mecanismo eletroquímico). A corrosão seca ocorre na ausência da fase líquida ou acima do ponto de orvalho do ambiente. Vapores e gases são usualmente os agentes deste tipo de corrosão. Corrosão seca é mais freqüentemente associada com alta temperatura como por exemplo aço atacado por gases de fornos. A corrosão aquosa ocorre na presença da fase liquida, que pode ser a água ou não, e é neste mecanismo que grande parte da corrosão ocorre.
A presença de pequenas quantidades de umidade pode levar a formação de pilhas que é composta por duas reações parciais que se processam em pontos distintos. A reação anódica é uma reação de oxidação, na qual são liberados elétrons, que se deslocam para outros pontos do metal, onde ocorre a reação catódica, uma reação de redução. A corrosão ocorre na reação anódica em razão da dissolução do metal, ao passo que a reação catódica conduz à redução de espécies no meio (DUTRA & NUNES, 1999).
Gentil (2011) descreve o processo de corrosão como pilhas eletroquímicas e apresenta os seguintes componentes:
• Anodo: eletrodo em que há oxidação (corrosão) e onde a corrente elétrica, na forma de íons metálicos positivos, entra no eletrólito;
• Eletrólito: condutor geralmente líquido contendo íons que transporta a corrente elétrica do anodo para o catodo;
• Catodo: eletrodo onde a corrente elétrica sai do eletrólito ou o eletrodo no qual as cargas negativas (elétrons) provocam reações de redução;
• Circuito metálico: ligação metálica que permite escoamento de corrente elétrica;
2.1.2 Potencial de eletrodo
Sempre que se tem um metal em contato com um eletrólito, desenvolve-se entre o metal e o eletrólito uma diferença de potencial elétrico que pode ser positiva, negativa ou nula, dependendo das variáveis analisadas. Esse princípio está relacionado ao funcionamento das pilhas eletroquímicas ou pilhas de corrosão (DUTRA & NUNES, 1999).
Dessa forma, os diferentes pares de eletrodos possuirão diferentes voltagens, e a magnitude dessa voltagem pode ser considerada como uma força eletromotriz para reação eletroquímica de oxidação-redução, conforme ilustrado na figura 2.
𝑴 → 𝑴𝒏++ 𝒏𝒆
Figura 2 - Estágio inicial da reação anódica
Fonte: (Dutra & Nunes, 1999)
A medida do valor absoluto dessa diferença de potencial é inviável, pois independente do sistema de medida adotado, sempre resultará na imersão de um material metálico dentro da solução que irá dar origem a um outro eletrodo. Assim, o que se faz é medir uma diferença de potencial relativa com relação a um eletrodo de referência (WOLYNEC, 2003).
Gentil (2011) explica que para obter essa medida de voltagem, é preciso ter um valor de referência ou de um potencial padrão. Pode-se medir o potencial de um eletrodo ligando-o a um voltímetro e tomando um segundo eletrodo como referência, assim é possível obter os valores de potenciais experimentalmente. Um dos eletrodos padrão ideal é o eletrodo normal de hidrogênio. Entretanto, o eletrodo de referência prata-cloreto de prata Ag/AgCl é considerado o mais viável e com melhores aplicações
nos experimentos. Essa medida é também designada como medida de potencial de circuito aberto.
2.1.3 Polarização
Segundo Gentil (2011), todo metal imerso em uma solução contendo seus próprios íons, na ausência de reações, possui um potencial E dado pela equação de Nernst, essa equação é uma relação quantitativa que permite calcular a força eletromotriz (ddp) de uma pilha em certo instante do seu funcionamento. Então, se uma corrente circular por esse eletrodo, o potencial variará, e o novo valor de potencial E’ dependerá da corrente aplicada. A diferença entre os dois potenciais é conhecida como sobrepotencial.
η = E’ – E
Se for η positivo tem-se uma polarização anódica e, se η for negativo, uma polarização catódica, sendo as correspondentes sobretensões designadas por sobretensão anódica (ηa) e sobretensão catódica (ηc), respectivamente. Os dois tipos de polarização estão indicados na Figura 3, que é uma representação do eixo dos potenciais de eletrodo E .
Figura 3 - Polarização anódica e catódica de um eletrodo
Gentil (2011) ainda afirma que pode acontecer que o potencial inicial seja diferente do potencial de equilíbrio termodinâmico, devido a reações e fenômenos que interferem no processo. É o caso mais comum em corrosão, sendo esse valor conhecido como potencial de corrosão ou potencial misto. O potencial de corrosão também varia ao circular uma corrente pelo eletrodo, sendo esta variação conhecida como polarização.
Dutra & Nunes (1999) define polarização como sendo uma variação do potencial de um eletrodo através da passagem de corrente elétrica. A medida da polarização tem como origem o potencial de repouso do eletrodo em causa. Ela pode ser denominada anódica quando ocorre no sentido positivo, e catódica se a variação ocorrer no sentido negativo. Portanto, a polarização está agregada à intensidade e ao sentido da corrente elétrica que circula no sistema.
2.1.4 Curva de polarização
Técnicas eletroquímicas são aplicadas para verificar o comportamento corrosivo dos aços inoxidáveis. Para caracterizar a agressividade de um determinado meio e fornecer fundamentos básicos para o controle da corrosão, realizam-se os chamados ensaios de corrosão.
Para Gentil (2011), esse método consiste em realizar uma eletrólise, onde se utiliza como eletrodo e eletrólito, respectivamente, o metal e o meio cuja interação se deseja estudar. O ensaio pode ser conduzido a potenciais de eletrodo controlados (medindo-se os valores de corrente em função do potencial aplicado), ou então a corrente de eletrólise controlada (anotando-se os valores de potencial em função da corrente). Representando-se graficamente a relação entre potencial em função da corrente e corrente em função do potencial, obtém-se uma curva de polarização. As curvas de polarização, a potencial controlado, podem ser de dois tipos:
• Potenciocinética: é aquela onde se tem variação contínua ou em degraus do potencial de eletrodo, em função do tempo t. O registro imediato da corrente, em função da variação de potencial, implicará na obtenção de uma curva de polarização, que será a resposta do sistema àquela variação de potencial imposta externamente;
• Potenciostática: é aquela onde se tem variação descontínua do potencial de eletrodo, modificando-o ponto a ponto e medindo-se a corrente correspondente após sua estabilização. Neste caso, os valores obtidos, chamados valores estacionários, não são em função do tempo. As correntes, anódicas ou catódicas, freqüentemente são expressas como densidade de corrente (i), ou seja, corrente por unidade de área.
Os ensaios eletroquímicos de corrosão em laboratório empregam equipamentos eletrônicos especiais como potenciostatos, fontes de tensão contínua, potenciômetros, registradores, miliamperímetros, voltímetros de posição e outros. O corpo-de-prova do material a ser estudado e o meio em que será feito o ensaio são colocados na chamada célula de corrosão, onde se procura reproduzir, tanto quanto possível, as condições encontradas na prática para o tipo de estudo a ser conduzido no laboratório. Quando se estuda o mecanismo de um processo de corrosão em particular, torna-se necessário controlar, durante o ensaio, todas as variáveis que possam ter algum efeito sobre o processo (GENTIL, 2011).
A Figura 4 ilustra a montagem do aparelho para levantamento das curvas de polarização.
Figura 4 - Esquema do sistema para o ensaio potenciostático
De acordo com a Figura 4, pode-se observar o eletrodo de trabalho (corpo de prova em estudo), o eletrodo de referência (possui um potencial constante e normalizado, permitindo obter o valor do potencial no processo de corrosão), o contra-eletrodo submerso em um eletrólito (normalmente atua como cátodo e permanece inerte, não é polarizado), e o potenciostato com função de aplicar uma variação de potencial desejado ao eletrodo de trabalho.
No método potenciostático, um potencial constante é aplicado ao eletrodo de trabalho em relação ao eletrodo de referência, ou aumentado gradualmente em intervalos regulares, e o valor da corrente entre o eletrodo de trabalho e o contra eletrodo é medido. A partir dos dados obtidos pela polarização potenciostática podem ser plotadas curvas de polarização que são diagramas de potencial versus densidade de corrente. Dessas curvas são obtidos os parâmetros eletroquímicos do metal em estudo (LOMBARDI, 1993).
Existem várias técnicas eletroquímicas para realizar a medição de corrosão. Como exemplo, medidas de impedância que envolve pequenas perturbações de potencial, sob a forma de onda senoidal aplicado ao eletrodo de trabalho a determinados valores de frequência. Método de perda de massa expressa pela variação de massa por unidade de tempo. Contudo, as mais utilizadas para avaliação da resistência de corrosão são os métodos de extrapolação das retas de Tafel, onde foi analisado a curva de polarização anódica e o metodo relacionado a curva de medição da resistência à polarização linear.
• A Curva de polarização anódica é um processo de polarização que consiste em partir de um potencial inicial, variar o potencial do eletrodo com velocidade de varredura constante até um potencial final. A curva de polarização anódica, combinada com varreduras de potenciais mais positivos para mais negativos, é utilizada para estudar a passividade dos metais e ligas em termos de potencial de passivação (Epass), densidade de corrente crítica (Ipass) para passivação, potencial de pite (Epite) (HELLEN, 2010).
• A Curva de polarização linear é um processo que consiste na aplicação de pequenas variações de potencial, em torno do potencial de corrosão do metal, para que possa resultar em valores de corrente o mais linear possível. Deste modo, aplicando-se pequenos potenciais de torno do potencial de corrosão e
medindo-se as correntes correspondentes, é possível analisar e determinar a resistencia de corrosão linear do eletrodo. A linearidade entre a corrente e o potencial é mostrada na figura 5, respectivamente.
Figura 5 - Relação linear entre densidade de corrente e potencial
Fonte: (Gentil, 2011)
2.1.5 Formas de corrosão
As formas ou tipos de corrosão podem ser apresentados considerando-se a aparência da superfície, forma de ataque e também pelas diferentes causas e mecanismos (GENTIL, 2011):
• Morfologia: uniforme, por placas, alveolar, puntiforme ou por pite, intergranular, transgranular, filiforme, por esfoliação, seletiva, em torno de cordão de solda e empolamento pelo hidrogênio;
• Causas ou mecanismos: por aeração, eletrolítica ou por correntes de fuga, galvânica, associadas a solicitações mecânicas (corrosão sob tensão fraturante), em torno de cordão de solda, seletiva, empolamento ou fragilização pelo hidrogênio;
• Meio corrosivo – atmosférico, solo, induzida por microorganismos, água do mar e sais fundidos;
• Localização do ataque – por pite, uniforme, intergranular, transgranular;
Gentil (2011) explica que, a caracterização segundo a morfologia é a mais utilizada no esclarecimento de mecanismos e na aplicação de medidas adequadas de proteção. A imagem 6 apresenta a fotografia dessas formas e são descritas a seguir:
Figura 6 - Formas de corrosão
a) Uniforme: a corrosão se processa em toda a extensão da superfície, ocorrendo perda uniforme de espessura.
b) Por placas: a corrosão se localiza em regiões da superfície metálica e não em toda sua extensão, formando placas com escavações
c) Alveolar: a corrosão se processa na superfície metálica produzindo sulcos ou escavações semelhantes a alvéolos apresentando fundo arredondado e profundidade geralmente menor que seu diâmetro.
d) Por pite: a corrosão se processa em pontos ou pequenas áreas localizadas na superfície metálica produzindo pites que são cavidades que apresentam fundo em forma angulosa e profundidade geralmente maior que seu diâmetro
e) Intergranular: a corrosão se processa entre os grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perde suas propriedades mecânicas e pode fraturar quando solicitado por esforços mecânicos.
f) Intraganular: a corrosão se processa nos grãos da rede cristalina do material. g) Filiforme: a corrosão se processa sob a forma de finos filamentos que se propagam em diferentes direções e que não se ultrapassam, pois admite-se que o produto da corrosão, em estado coloidal, apresenta carga positiva, saí a repulsão.
2.1.6 Corrosão por pites
A corrosão por pites é uma forma extrema de corrosão localizada e processa-se em pontos ou em pequenas áreas de uma superfície metálica, produzindo o que chamamos de “pites”, que são cavidades que apresentam o fundo em forma angulosa e profundidade geralmente maior do que o seu diâmetro (figura 7). Esse tipo de corrosão é uma das formas destrutivas e insidiosas de corrosão, causando a perfuração de equipamentos, com apenas uma pequena perda percentual de peso de toda a estrutura. Sendo essa corrosão bem difícil de ser encontrada, pois a sua pequena dimensão acaba, geralmente, ficando escondida pelos produtos de corrosão (GENTIL, 2011).
Figura 7 – Corrosão por pites em aço inoxidável do tipo 316 devido a cloretos ácidos
Fonte: (Corrosão por pites - Scientia, n.d.)
A corrosão em pites pode apresenta diversas configurações em seu crescimento dentro do material. Sua forma pode ser identificada atraves da metalografia, onde uma amostra corroída é transversal e a forma, o tamanho e a profundidade da penetração podem ser determinados. A ASTM G46 (2018) tem uma tabela de padrões visuais para sua classificação (figura 8).
Figura 8 – Várias formas de pite
A corrosão por pite é mais frequente em metais formadores de películas protetoras, geralmente passivas, em que, sobre ação de certos meios agressivos, são destruídas em regiões localizadas, os quais tornam-se ativos, possibilitando uma elevada corrosão. Os aços inoxidáveis, ligas de níquel e ligas de alumínio são os exemplos mais comum em meios que contem cloreto (DUTRA & NUNES, 1999).
A figura 9 ilustra a corrosão por pite em aço inoxidável, respectivamente.
Figura 9 – Corrosão por pite em aço inox
Fonte: (Corrosão por pite em aço inox, n.d.)
Callister & Rethwisch, n.d. afirma que a passividade ocorre quando os metais ativos, sob condições ambientais específicas, perdem sua reatividade química e se tornam extremamente inertes. Acredita-se que esse comportamento passivo resulte da formação de um filme de óxido muito fino e altamente aderente sobre a superfície do metal, que serve como uma barreira de proteção contra uma corrosão adicional. Por isso, os aços inoxidáveis são altamente resistentes à corrosão em meio a uma grande variedade de atmosferas como resultado da passivação.
Segundo Wolynec (2003), a corrosão por pite é caracterizada por um ataque em metais que se encontram passivados, ocorrendo num dado meio, em potenciais de eletrodo iguais ou superiores a um determinado potencial, conhecido como
potencial de pite (Epite). Esse potencial tem-se constituído num parâmetro básico na avaliação da resistência de um metal a esse tipo de ataque, bem como a dependência desse potencial para com as diversas variáveis do metal e do meio tem sido extensivamente utilizada na investigação do mecanismo dessa forma de corrosão localizada.
Variando-se o pH da solução, verifica-se um aumento de corrosão quando tem valores de pHs abaixo de 4. Para valores entre 4 e 10, a taxa de corrosão independe do pH. Quando os valores são maiores que 10, esse aumento mais pronunciado da alcalinidade do meio faz com que a taxa de corrosão diminua de acordo com a figura 10, respectivamente.
Figura 10 - Correlação entre taxa de corrosão e pH
Fonte: (Gentil, 2011)
Para determinar o potencial de pite, é utilizada várias técnicas de polarização eletroquímica distintas, sendo a mais comum a técnica potenciodinâmica. Na técnica potenciodinâmica, efetua-se o levantamento da curva de polarização do metal dentro da solução de ensaio (normalmente contendo NaCl em concentracões em 3,5%) na direção anódica, a partir de um certo potencial e com uma velocidade de varredura padronizada e constante. Quando se atinge o potencial de pite, ocorre um brusco aumento no valor da densidade de corrente, conforme a Figura 11.
Figura 11 - Curva de polarização típica obtida por meio da técnica potenciocinética ou potenciodinâmica para a determinação
Fonte: (Wolynec, 2003)
O potencial de pite é normalmente considerado como sendo a intersecção da reta definida pela curva antes do aumento brusco da densidade de corrente com a reta definida pela curva após esse aumento (WOLYNEC, 2003).
Callister & Rethwisch, n.d. explica que a curva de polarização para um metal que se passiva, os valores de potencial relativamente baixos, dentro da região “ativa”, possui um comportamento linear, com o aumento do potencial, a densidade de corrente diminui repentinamente até um valor muito baixo, o qual permanece independente do potencia; essa é a denominada região passiva. Posteriormente, em valores de potencial ainda maiores, a densidade de corrente aumenta novamente em função do potencial, na região denominada transpassiva.
A figura 12 representa como um metal pode apresentar um comportamento tanto ativo quanto passivo dependendo do ambiente de corrosão.
Figura 12 - Curva esquemática para um metal que exibe uma transição ativa-passiva
Fonte: (“Corrosão caps. 3 e 4,” n.d.)
Alguns parâmetros presentes na curva podem ser identificados e possuem grande valor para análise da resistência de corrosão. Um deles é o potencial de passivação (Epass), havendo uma corrente correspondente a esse, que é a corrente de passivação (Ipass). Quanto mais próximo Epass estiver do Ecorr, menor a polarização que o metal necessita para passivar. Outro parâmetro importante é a faixa de potencial em que o metal permanece passivo, pois é interessante que o potencial de pite ocorra no valor mais alto possível, indicando que dificilmente esse potencial será atingido em condições naturais.
A corrosão por pites pode ser prevenida e controlada atraves das seguintes medidas:
• Seleção adequada de materiais com resistencia de corrosão conhecida para determinado ambiente.
• Através do controle de pH, da concentração de íons e da temperatura. • Pela proteção catódica ou anódica e uso de ligas superiores.
2.2 NITRETAÇÃO POR PLASMA
O processo nitretação por plasma (plasma nitriding) foi patenteado em 1931 por J.J. Egan nos EUA e em 1932 por Berghaus na Alemanha, mas somente em 1960 teve início o seu uso comercial. O processo de nitretação a plasma (ou nitretação iônica) é um tratamento termoquímico que promove modificações na composição química, gerando várias propriedades físicas nas superfícies metálicas, como dureza, resistência ao desgaste e corrosão, resultando em um aumento da vida útil das peças tratadas.
A nitretação a plasma é realizada em um reator, que consiste de uma câmara, onde o ar atmosférico é substituído pela mistura gasosa nitretante a uma determinada pressão de trabalho. Os gases são ionizados por meio da aplicação de uma diferença de potencial elétrico entre dois eletrodos imersos no reator. A peça a ser tratada fica em contato elétrico com o cátodo e a câmara do reator pode ser usada como ânodo. Dessa forma, é gerada e mantida uma descarga elétrica incandescente, através da qual íons são acelerados pelo campo elétrico e bombardeiam a peça (cátodo) com considerável energia cinética, elevando a temperatura até valores favoráveis a difusão de nitrogênio. A camada nitretada de um aço é formada por uma zona de difusão, podendo apresentar uma zona de compostos (camada branca). Os principais fatores que determinam a profundidade e a composição da camada nitretada são: tempo de tratamento, temperatura, atividade do nitrogênio e composição do aço. A camada produzida na nitretação apresenta alta dureza, alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de fricção (TEICHMANN, PIANA & STROHAECKER).
Reis et al. (2008) também explica que geralmente a nitretação à plasma produz sobre a superfície do material tratado uma camada, conhecida como camada nitretada, composta por duas regiões. A mais externa é a camada branca ou de compostos. Logo abaixo, encontra-se a camada de difusão. Na camada de difusão, o nitrogênio se encontra na forma intersticial e/ou na forma de precipitados de nitretos de ferro ou de elementos de liga. Esta camada é caracterizada pelo perfil de composição do elemento nitrogênio ao longo da profundidade da mesma.
Uma das características interessantes é que, após a nitretação à plasma, a superfície do aço sofre alteração em seu visual ficando com uma cor acinzentada em função da camada de nitretos que é formada e devido à planarização da superfície
produzida pelo bombardeamento iônico do plasma. Além disso, é possível melhorar estas características eletroquímicas e visuais com uma posterior oxidação das peças, esfriando-as ao ar, ou pós oxidando-as por plasma. Tonalidades, que variam do azul ao preto podem ser atingidas, conferindo novo visual às peças assim trabalhadas, sem significativa alteração das propriedades mecânicas adquiridas durante a nitretação (JUNIOR, 2016).
3 METODOLOGIA
Neste capítulo, serão apresentados os materiais utilizados, detalhes técnicos empregados no sistema e os equipamentos necessários para conduta do experimento. Os ensaios eletroquímicos de polarização foram realizados no Laboratório de Processamento de Materiais por Plasma (LabPlasma) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
3.1 CÉLULA DE CORROSÃO
A célula de corrosão foi projetada para uma operação simples e confiável, o equipamento é utilizado para executar testes eletroquímicos e medir as propriedades de corrosão de amostras de metais planos revestidos ou nus, imersos em uma solução eletrolítica. O equipamento consiste em um recipiente de vidro montado em um suporte de técnil, o vazamento do eletrólito é evitado pelo uso de o-rings e três porcas de orelhas. A célula plana possui três orifícios na tampa superior para acesso dos eletrodos e tem volume 120mL de solução. A figura 13 apresenta a célula que foi projetada e construída para realização dos experimentos.
Figura 13 - Célula de corrosão utilizada nos experimentos
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Para a realização dos ensaios de corrosão, foi montado um arranjo experimental composto por uma fonte de tensão conectado a um variador de voltagem, com funcionamento similar a um potenciostato. A tensão e a corrente são enviadas para o eletrodo de trabalho na célula eletrolítica, conforme a velocidade empregada na variação do potencial. Através da tensão aplicada, é gerado uma polarização e consequentemente uma reação química de corrosão, em que possibilita a solução ser oxidada ou reduzida.
O sistema é composto por um eletrodo de trabalho (corpo-prova), um eletrodo de referência de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl) que foi disponibilizado pelo LABPLASMA, um contra-eletrodo formado por um fio de aço Níquel Cromo (NiCr) e a solução eletrolítica.
A célula de corrosão foi montada utilizando cabos com garras de jacaré e conectados no potenciostato, onde cada eletrodo foi introduzido no ponto especificado da célula.
Foi realizado uma variação de potencial de -170V até +170V com uma velocidade de varredura constante e com duração de aproximadamente 90 segundos. Os dados foram coletados a cada um quarto de segundo, totalizando aproximadamente 360 valores de tensão e corrente.
Durante a realização dos ensaios, as medições do potencial de corrosão variando em função do tempo foram realizadas através da leitura de um multímetro digital ET-2075B Minipa, a partir do potencial de repouso determinado pelo eletrodo de referência, apresentando pequenas variações em torno de -6 até 6V. Para obter os valores de corrente em cada intervalo de tempo, foi utilizado a plataforma Arduino UNO, um microcontrolado acoplado a um sensor de corrente Acs712 5 Amper (imagem 14), onde o sistema de automação foi ligado em série com o contra eletrodo e posteriormente no aterramento do sistema. Os experimentos foram realizados a temperatura ambiente e pressão atmosfera.
Figura 14 - Arduino Uno e sensor de corrente Acs712 5 Amper
Fonte: Elaborado pelo autor
O detalhamento da montagem do sistema para aquisição de dados e a bancada experimental são mostradas nas figuras 15 e 16, respectivamente.
Figura 15 - Sistema montado para aquisição de dados
Figura 16 - Bancada experimental
Fonte: Elaborado pelo autor
De acordo com o sistema apresentado, durante a realização dos ensaios de corrosão, a aquisição de dados é realizada conforme a programação estabelecida no sistema de automação e posteriormente as medidas são salvas no computador, em seguida, são utilizadas para criação de gráficos contendo curvas de polarização anódica e linear, através da utilização do software gráfico Origin.
3.3 MATERIAIS
Os ensaios de corrosão foram realizados utilizando seis amostras de aço AISI 316 com diferentes revestimentos superficiais, em razão do processo de nitretação em plasma com gaiola catódica (figura 17). As amostras foram fornecidas em forma de chapa plana e aproximadamente metade da área do metal foi exposta em solução química para realização do experimento. Essas amostras foram utilizadas como eletrodo de trabalho e são descritas da seguinte maneira:
• Aço AISI 316 (Cc50N2D40WS) – Nitretação com gaiola catódica, atmosfera com 50% de nitrogênio e 50% de gases inertes com tubo de 40mm de diâmetro. Amostra sem potencial flutuante, ou seja, não estava no disco isolante.
• Aço AISI 316 (Cc50N2D40) – Nitretação com gaiola catódica, atmosfera com 50% de nitrogênio e 50% de gases inertes com tubo de 40mm de diâmetro. • Aço AISI 316 (Cc75N2D40) – Nitretação com gaiola catódica, atmosfera com
75% de nitrogênio e 25% de gases inertes com tubo de 40mm de diâmetro. • Aço AISI 316 (PN25D51) – Nitretação pelo método convencional, atmosfera
com 25% de nitrogênio e 75% de gases inertes com tubo de 51mm de diâmetro. • Aço AISI 316 (500N7,5) – Amostra tratada com temperatura de 500 ºC por 7,5
horas com proporção de 80% de nitrogênio e 20% de gases inertes.
• Aço AISI 316 (450N10) – Amostra tratada com temperatura de 450 ºC por 10 horas com proporção de 80% de nitrogênio e 20% de gases inertes.
Figura 17 - Seis amostras de aço AISI 316 com diferentes revestimentos superficial de nitretação em plasma
3.4 SOLUÇÃO DE TRABALHO
Todas as soluções químicas usadas como eletrólito foram preparadas usando água destilada e cloreto de sódio NaCl com concentração de 3% W. Para garantir a confiabilidade, foi utilizado uma balança analítica para pesagem do soluto e um béquer de vidro para homogeneizar a solução através da agitação manual. Foi utilizado um volume de 100mL de solução para cada experimento.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capitulo, são apresentados os resultados obtidos e análise dos ensaios de corrosão para as superfícies das amostras de aços nitretadas em plasma. As curvas de polarização anódica e linear permitem determinar o potencial e resistência de corrosão e são mostradas a seguir.
4.1 AÇO AISI 316 (CC50N2D40WS)
A curva de polarização anódica obtida para o aço AISI 316 (Cc50N2D40WS) indica um potencial de corrosão em torno de Ecorr = -0,088V. O potencial de pite é atingido quando ocorre inflexão na curva de polarização, em torno de Epite = 1,471V
e a faixa de polarização de passivação que se inicia no potencial de corrosão e termina no potencial de pite foi de ΔEpass = 1,559V, com uma densidade de corrente de passivação média Ipass = 105,47mA/cm². De acordo com a curva, após a região de passivação, é possível observar uma corrosão acentuada em função do aumento da densidade de corrente. Os dados obtidos são apresentados na figura 18, respectivamente.
Figura 18 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (Cc50N2D40WS)
A figura 19 permite visualizar a curva de polarização linear para amostra de aço AISI 316 (Cc50N2D40WS). A análise do gráfico deve ser feita de modo que, quanto mais paralela a curva está em relação ao potencial, mais estável é o material. Quanto mais paralela a curva em relação ao eixo da corrente, maior corrosão irá ocorrer devido à instabilidade da curva em um mesmo potencial.
Dessa forma, mediante a análise do gráfico, é possível observar patamares distintos de corrosão durante o experimento. No início, o material exibe uma elevada corrosão até atingir um nível de estabilidade correspondente a sua passivação e posteriormente volta a sofrer corrosão após alcançar o potencial de pite.
Figura 19 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (Cc50N2D40WS)
Fonte: Elaborado pelo autor
4.2 AÇO AISI 316 (CC50N2D40)
A curva de polarização anódica obtida para o Aço AISI 316 (Cc50N2D40) indica um potencial de corrosão em torno de Ecorr = -2,06V. O potencial de pite é
atingido quando ocorre inflexão na curva de polarização, em torno de Epite = 0,953V e posteriormente apresenta uma pequena variação de densidade de corrente,
indicando menor corrosão, comparado a primeira amostra. A faixa de polarização de passivação que se inicia no potencial de corrosão e termina no potencial de pite foi de ΔEpass = 3,013V, com uma densidade de corrente de passivação média Ipass = 305,01mA/cm². Os dados obtidos são apresentados na figura 20, respectivamente.
Figura 20 - Curvas de polarização anódica para o Aço AISI 316 (Cc50N2D40)
Fonte: Elaborado pelo autor
A figura 21 apresenta a curva de polarização linear para amostra de aço AISI 316 (Cc50N2D40). Mediante análise do gráfico, é possível observar uma corrente crescente e a inclinação da curva aproximadamente linear, indicando um valor de resistência de corrosão sensivelmente constante com valores correspondente ao inverso do ângulo de inclinação em cada região.
Figura 21 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (Cc50N2D40)
Fonte: Elaborado pelo autor
4.3 AÇO AISI 316 (CC75N2D40)
A curva de polarização anódica obtida para o aço AISI 316 (Cc75N2D40) indica um potencial de corrosão em torno de Ecorr = -0,441V. O potencial de pite é atingido quando ocorre inflexão na curva de polarização, em torno de Epite = 0,702V e a faixa de polarização de passivação que se inicia no potencial de corrosão e termina no potencial de pite foi de ΔEpass = 1,143V, com uma densidade de corrente de passivação média Ipass = 96,21mA/cm². A curva apresenta uma pequena região de passivação e posteriormente uma corrosão acentuada, mediante os valores crescentes de densidade de corrente, uma explicação para esse fenômeno pode ser a instabilidade na formação dos oxidos durante a proteção. Os dados obtidos são apresentados na figura 22, respectivamente.
Figura 22 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (Cc75N2D40)
Fonte: Elaborado pelo autor
A figura 23 apresenta a curva de polarização linear para amostra de aço AISI 316 (Cc75N2D40). Mediante análise do gráfico, é possível observar variações na inclinação da curva, começando com pequeno ângulo de inclinação e aumentando ligeiramente até atingir um patamar de menor corrosão correspondente a passivação, em seguida, a inclinação aumenta novamente, indicando baixa resistência de corrosão após a dissolução do material.
Figura 23 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (Cc75N2D40)
Fonte: Elaborado pelo autor
4.4 AÇO AISI 316 (PN25D51)
A curva de polarização anódica obtida para o aço AISI 316 (PN25D51) indica um potencial de corrosão em torno de Ecorr = -0,91V. O potencial de pite é atingido quando ocorre inflexão na curva de polarização, em torno de Epite = 1,647V e a faixa de polarização de passivação que se inicia no potencial de corrosão e termina no potencial de pite foi de ΔEpass = 2,557V, com uma densidade de corrente de passivação média Ipass = 199,98mA/cm². A curva demonstra uma região de passivação bem acentuada e definida. Os dados obtidos são apresentados na figura 24, respectivamente.
Figura 24 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (PN25D51)
Fonte: Elaborado pelo autor
A figura 25 apresenta a curva de polarização linear para amostra de aço AISI 316 (PN25D51). Mediante análise do gráfico, é possível observar variações na inclinação da curva com dois patamares de densidade de corrente constante e ângulo de inclinação da curva acentuado, indicando corrosão com base.
Figura 25 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (PN25D51)
Fonte: Elaborado pelo autor
4.5 AÇO AISI 316 (500N7,5)
A curva de polarização anódica obtida para o aço AISI 316 (500N7,5) indica um potencial de corrosão em torno de Ecorr = -1,183V. O potencial de pite é atingido quando ocorre inflexão na curva de polarização, em torno de Epite = 1,324V e a faixa de polarização de passivação que se inicia no potencial de corrosão e termina no potencial de pite foi de ΔEpass = 2,507V, com uma densidade de corrente de passivação média Ipass = 235,21mA/cm². A curva apresenta uma elevada passivação e um alto potencial de pite, indicando boa resistência à corrosão. Os dados obtidos são apresentados na figura 26, respectivamente.
Figura 26 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (500N7,5)
Fonte: Elaborado pelo autor
A figura 27 apresenta a curva de polarização linear para amostra de aço AISI 316 (500N7,5). Mediante análise do gráfico, é possível observar um ângulo de inclinação acentuado em duas regiões e um patamar aproximadamente constante de densidade de corrente, indicando suas respectivas resistências de corrosão, conforme já descrito nas amostras anteriores.
Figura 27 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (500N7,5)
Fonte: Elaborado pelo autor
4.6 AÇO AISI 316 (450N10)
A curva de polarização anódica obtida para o aço AISI 316 (450N10) indica um potencial de corrosão em torno de Ecorr = -0,363V. O potencial de pite é atingido quando ocorre inflexão na curva de polarização, em torno de Epite = 1,454V e a faixa de polarização de passivação que se inicia no potencial de corrosão e termina no potencial de pite foi de ΔEpass = 1,817V, com uma densidade de corrente de passivação média Ipass = 175,65mA/cm². A curva apresenta uma passivação elevada e um alto potencial de pite, indicando boa resistência a corrosão. Os dados obtidos são apresentados na figura 28, respectivamente.
Figura 28 - Curva de polarização anódica para o aço AISI 316 (450N10)
Fonte: Elaborado pelo autor
A figura 29 apresenta a curva de polarização linear para amostra de aço AISI 316 (450N10). Mediante análise do gráfico, é possível observar uma corrente crescente e à inclinação da curva aproximadamente linear, indicando um valor de resistência de corrosão sensivelmente constante com valores correspondente ao inverso do ângulo de inclinação em cada região.
Figura 29 - Curva de polarização linear para o aço AISI 316 (450N10)
Fonte: Elaborado pelo autor
4.7 ANÁLISE COMPARATIVA
A tabela 1 resume os valores mencionados anteriormente no que se refere ao potencial de corrosão (Ecorr), potencial de pite (Epite), faixa de potencial de passivação (ΔEpass) e corrente de passivação (Ipass) obtidos para as amostras do aço nitretadas durante o ensaio de corrosão.
Tabela 1 – Valores obtidos através das curvas de polarização anódica
AMOSTRAS Ecorr (V) Epite (V) ΔEpass
(V) Ipass (mA/cm²) Aço AISI 316 (Cc50N2D40WS) -0,088 1,471 1,559 105,47 Aço AISI 316 (Cc50N2D40) -2,06 0,953 3,013 305,01 Aço AISI 316 (Cc75N2D40) -0,441 0,702 1,143 96,21 Aço AISI 316 (PN25D51) -0,91 1,647 2,557 199,98 Aço AISI 316 (500N7,5) -1,183 1,324 2,507 235,21 Aço AISI 316 (450N10) -0,363 1,454 1,817 175,65
A figura 30 apresenta as curvas de polarização anódica sobrepostas dos ensaios de corrosão dos materiais metálicos com nitretação em plasma, para efeito de comparação.
Todos os aços estudados obtiveram um potencial de corrosão bem próximo, entretanto, o potencial mais nobre foi registrado para a amostra de Aço AISI 316 (Cc50N2D40WS), no qual garante uma melhor proteção. O Aço AISI 316 (Cc50N2D40) apresentou um potencial menos ativo, permitindo uma maior atividade de corrosão.
Nota-se também que a amostra nitretada a baixa temperatura apresentou uma resistência de corrosão superior com relação à amostra nitretada a alta temperatura. Segundo Interfinish & Americano (2012), este resultado reside no fato de que, em processos de nitretação à baixas temperaturas, a difusividade é baixa, dificultando a migração do nitrogênio para o interior do substrato, o que resulta em uma alta concentração de nitrogênio na superfície. Isto favorece a formação de uma camada superficial rica em nitretos do tipo Fe2-3N na superfície da amostra.
Ao analisar o potencial de pite, o Aço AISI 316 (PN25D51) apresentou melhor desempenho e consequentemente garantindo melhor proteção. Para Gentil (2011), se a possibilidade de corrosão por pites não puder ser extinto, é interessante ao menos que o potencial em que ela ocorre seja alto, assim dificilmente será atingido em condições naturais.
Com relação a faixa de passivação, o Aço AISI 316 (Cc50N2D40) apresentou o melhor resultado, em que é possível observar uma estabilidade do filme passível, e como resultado uma melhor resistência à corrosão. Em contrapartida, o Aço AISI 316 (Cc75N2D40) possui baixa resistência à corrosão, pois possui a menor faixa de passivação.
Em termos de vida útil de estruturas e equipamentos, quanto menor o valor da corrente de passivação, menor a taxa de corrosão do filme passivo e consequentemente maior seu poder protetor. Nessas condições, o Aço AISI 316 (Cc75N2D40) demonstrou a menor densidade de corrente, obtendo melhor desempenho e o Aço AISI 316 (Cc50N2D40) obteve maior densidade de corrente, caracterizando baixa resistência a corrosão.
Figura 30 - Curvas de polarização anódica sobrepostas dos ensaios de corrosão dos materiais metálicos com nitretação em plasma
Fonte: Elaborado pelo autor
Com base nas curvas de polarização linear, foi observado que as amostras de aço desenvolveram densidades de corrente bem similares durante a formação da linha de passivação e sua dissolução, apenas os aços AISI 316 (Cc50N2D40WS) e (Cc50N2D40) apresentaram uma exceção, por meio de uma densidade de corrente mais alta e diferentes inclinação na curva, conforme apresentado na figura 31, respectivamente.
Figura 31 - Curvas de polarização linear sobrepostas dos ensaios de corrosão dos materiais metálicos com nitretação em plasma
Fonte: Elaborado pelo autor
Dessa forma, a partir dos resultados obtidos foi possível verificar a validade dos procedimentos propostos através da comparação com outro trabalho. Resultados semelhantes foram observados por Teichmann et al, n.d. que fez uma avaliação da resistência à corrosão de aços nitretados a plasma em baixa temperatura.
5 CONCLUSÕES
Com base na metodologia empregada e a partir dos resultados coletados com os ensaios de corrosão, em amostras de superfície de tubos de aços com nitretação em plasma, conclui-se que:
O desenvolvimento da célula de corrosão e sua automação mediante a utilização do microcontrolador Arduino, um sensor de corrente e uma fonte de tensão variável, possibilitou a coleta de dados com confiabilidade e boa resolução, similares aos obtidos em célula eletroquímica convencional.
Através dos ensaios de polarização potenciodinâmica, foi possível obter dois gráficos contendo uma curva de polarização anódica e uma curva de polarização linear, nos quais apresentaram boa sensibilidade nos resultados das diferentes amostras de aço com nitretação em plasma.
Para todos os aços, o desempenho foi semelhante quanto à susceptibilidade à corrosão nas condições empregadas para os ensaios eletroquímicos. As pequenas variações nos parâmetros de resistência de corrosão apresentados pelas curvas de polarização são características de cada amostra e a escolha do melhor material fica a critério do projetista e o tipo de aplicação, mediante a agressividade do meio e o tipo de proteção desejável.
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RESISTÊNCIA À CORROSÃO DO AÇO AISI 420 NITRETADO A PLASMA EM BAIXAS TEMPERATURAS . RESUMO Palavras-Chaves : nitretação a plasma , aço inoxidável , corrosão A técnica de nitretação a plasma tem se mostrado um
excelente processo quando aplicada. 3661–3667.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ HELLEN CRISTIANE NUNES
DOMINGUES ESTUDO DO COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO DO AÇO CARBONO, EM MEIO DE BICARBONATO DE SÓDIO E GÁS CARBÔNICO, UTILIZANDO A TÉCNICA DO RUÍDO ELETROQUÍMICO CURITIBA 2010. (n.d.).
7 ANEXOS
Código de inicialização do sistema Arduino uno:
// Rotina para Sensor de corrente ACS712 de 5 A #include <Gaussian.h>
#include <GaussianAverage.h> // Biblioteca filtro software GaussianAverage valor_ad_average(100); // Configurando
// Declarando as variaveis
const int ANAIN = A0; // Porta de leitura int PCMVal = 0; // Valor AD
double mA = 0; // mA
// Declarando as variaveis para conversao utilizando DataSheet int mVA = 185; // Converte mV para A
double RelVolt = 0; // Tensao relativa a leitura do AD
int offsetVal = 2500; // Offset
int MAXmA = 5000; // Maximo range do sensor int ADJ = 0; // Ajuste
// Declarando as variaveis para calibracao
double Y = 0; // Ajuste de Offset restante (em mA) minimizar os ruidos de fundo
double X = 0; void setup() {
Serial.begin(9600); // Estabelece comunicacao, iniciando a porta serial
}
void loop() {
PCMVal = analogRead(ANAIN); // Aquisicao do valor AD valor_ad_average += PCMVal; // Acumulador
valor_ad_average.process(); // Processamendo media movel X = valor_ad_average.mean; // Resultado media movel
RelVolt = (valor_ad_average.mean / 1024)*MAXmA; // Valor relativo em mV
mA = ((RelVolt - offsetVal)/mVA)*1000; // Valor vetorial (positivo ou negativo), convertido em mA
mA = mA + ADJ; // Modulo, com substacao de um ajuste Y = (0.0292*X - 14.904)*1000; // Funcao calibracao
Serial.print(valor_ad_average.mean); Serial.print(" Corrente funcao "); Serial.print(Y);
Serial.print(" Corrente "); Serial.println(mA);
