corrosaodegradacao

12- CORROSÃO E DEGRADAÇÃO

DOS MATERIAIS

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CORROSÃO METÁLICA

 É A DETRIORAÇÃO E A PERDA DE

MATERIAL DEVIDO A AÇÃO QUÍMICA OU ELETROQUÍMICA DO MEIO AMBIENTE, ALIADO OU NÃO A ESFORÇOS

i M ar ia d a C os ta D EM /P U C RS P o r q u e s e p r e o c u p a r c o m a c o r r o s ã o ? • 3 r a z õ e s :  _{C u s t o ;}  S e g u r a n ç a ;  C o n s e r v a ç ã o d e r e c u r s o s . • E m r e la ç ã o a o s c u s t o s :  _{N o s E . U . A . a c o r r o s ã o g e r a p o r a n o c u s t o s d a o r d e m d e 4 , 5 % d o P I B d a q u e le} p a ís ;  D e s t e t o t a l, c e r c a d e 1 0 0 b ilh õ e s d e d ó la r e s s ã o g a s t o s n a u t iliz a ç ã o d e

i M ar ia d a C os ta D EM /P U C RS P o r q u e s e p r e o c u p a r c o m a c o r r o s ã o ? • E m r e la ç ã o à s e g u r a n ç a :  M u it o s c o m p o n e n t e s e e s t r u t u r a s p o d e m e s t a r s u s c e t ív e is a f a lh a r p o r c o n s e q ü ê n c ia d e u m p r o c e s s o d e c o r r o s ã o : c a ld e ir a s , s u b m a r in o s , a e r o n a v e s , v a s o s d e p r e s s ã o , h é lic e s d e t u r b in a s , p o n t e s , e t c . A c id e n t e d a A lo h a A ir lin e s , e m 1 9 9 8 , o n d e u m m e m b r o d a t r ip u la ç ã o m o r r e u e v á r io s p a s s a g e ir o s f ic a r a m f e r id o s .

i M ar ia d a C os ta D EM /P U C RS P o r q u e s e p r e o c u p a r c o m a c o r r o s ã o ? • E m r e la ç ã o à c o n s e r v a ç ã o d o s r e c u r s o s :  A s r e s e r v a s d e m e t a is e a q u a n t id a d e d e e n e r g ia d is p o n ív e l e m n o s s o p la n e t a s ã o lim it a d a s .  A c o r r o s ã o p o d e s e r in t e r p r e t a d a c o m o o a v e s s o d e u m p r o c e s s o m e t a lú r g ic o e m u it a e n e r g ia é g a s t a e m u m p r o c e s s o d e c o r r o s ã o .

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CORROSÃO METÁLICA

A deterioração leva:  _{Ao desgaste}

 _{À variações químicas na composição}  _{À modificações estruturais}

Em geral a corrosão é um processo espontâneo

O Engenheiro deve:

 _{Saber como evitar condições de corrosão severa}

 _{Proteger adequadamente os materiais contra a}

Modificam as propriedades dos materiais

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FORMAS DE CORROSÃO

A forma auxilia na determinação do mecanismo de corrosão

Uniforme a corrosão ocorre em toda a

extensão da supefície

Por placas  forma-se placas com

escavações

Alveolar  produz sulcos de escavações

semelhantes à alveolos (tem fundo arredondado e são rasos)

Puntiforme  ocorre a formação de pontos

profundos (pites)

Intergranular  ocorre entre grãos

Intragranular  a corrosão ocorre nos grãos

Filiforme  a corrosão ocorre na forma de

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FORMAS DE CORROSÃO

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MECANISMOS DA CORROSÃO

_{Mecanismo Químico (AÇÃO QUÍMICA)} 

_{Mecanismo Eletroquímico}

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MECANISMO QUÍMICO

 Neste caso há reação direta com o meio corrosivo, sendo

os casos mais comuns a reação com o oxigênio (OXIDAÇÃO SECA), a dissolução e a formação de compostos.

A corrosão química pode ser por:

 _{Dissolução simples  exemplo: dissolução do Cobre em}

HNO₃

 _{Dissolução preferencial  exemplo: dissolução preferencial}

de fases ou planos atômicos

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EXEMPLO DE CORROSÃO P/ AÇÃO QUÍMICA: OXIDAÇÃO SECA

 A oxidação ao ar seco não se constitui corrosão

eletroquímica porque não há eletrólito (solução aquosa para permitir o movimento dos íons).

 Reação genérica da oxidação seca:

METAL + OXIGÊNIO  ÓXIDO DO METAL

 Geralmente, o óxido do metal forma uma camada

passivadora que constitui uma barreira para que a oxidação continue (barreira para a entrada de O₂).

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EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO, COM PROTEÇÃO EFICIENTE  Al  Fe a altas temp.  Pb  Cr  Aço inox  Ti

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EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO

COM PROTEÇÃO INEFICIENTE

 Mg

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Razão de Pilling-Bedworth

 Razão P-B = A₀ _M AM 0

Ao= peso molecular do óxido A_M= peso molecular do metal 0 = densidade do óxido

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Razão de Pilling-Bedworth

Razão P-B< 1

 A película tende a ser porosa e não

protetora, pois ela é insuficiente para cobrir toda a superfície metálica

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Razão de Pilling-Bedworth

Razão P-B> 2-3

 O revestimento de óxido pode trincar e

quebrar, o que expõe a superfície do metal fresca e não protegida

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CORROSÃO ELETROQUÍMICA

– As reações que ocorrem na corrosão

eletroquímica envolvem transferência de elétrons. Portanto, são reações anódicas e catódicas (REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO)

– A corrosão eletroquímica envolve a

presença de uma solução que permite o movimento dos íons.

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CORROSÃO ELETROQUÍMICA

 O processo de corrosão eletroquímica é

devido ao fluxo de elétrons, que se desloca de uma área da superfície metálica para a outra. Esse movimento de elétrons é devido a diferença de potencial, de natureza

eletroquímica, que se estabelece entre as regiões.

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Requisitos

 Anodo  Catodo  Eletrólito  Circuito fechado © 20 03 B ro ok s/ C ol e, a d iv is io n of T ho m so n L ea rn in g, I nc . T ho m so n L ea rn in g™ is a tr ad em ar k us ed he re in u nd er li ce ns e.

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POTÊNCIAL PADRÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO AO PADRÃO DE HIDROGÊNIO

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SÉRIE GALVÂNICA

i M ar ia d a C os ta D EM /P U C RS CORROSÃO ELETROQUÍMICA:

TIPOS DE PILHAS OU CÉLULAS ELETROQUÍMICAS

 Célula de corrosão por composição

 Célula de corrosão por concentração, formada pelo

mesmo material, mas de eletrólitos de concentração diferentes

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-Pilha de corrosão de composição, formada por materiais de natureza química diferente

É também conhecida como corrosão galvânica

 A diferença de potencial que leva à corrosão

eletroquímica é devido ao contato de dois materiais de natureza química diferente em presença de um eletrólito.

 Exemplo: Uma peça de Cu e outra de Ferro em

contato com a água salgada. O Ferro tem maior tendência de se oxidar que o Cu, então o Fe

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-Pilha de corrosão de composição, formada por materiais de natureza química diferente

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FORMAÇÃO DE PARES

GALVÂNICOS

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

 A presença de

diferentes fases fases

no material, leva a diferentes f.e.m e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer corrosão preferencial de

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

 Diferenças _Diferenças composicionais composicionais levam a diferentes potenciais químicos e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer Exemplo: Corrosão

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MEIOS DE PREVENÇÃO CONTRA A

CORROSÃO GALVÂNICA

- Evitar contato metal-metal coloca-se entre os mesmos um material não-condutor

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-Pilha de corrosão formada pelo mesmo

material, mas de eletrólitos de concentração diferentes

Dependendo das condições de trabalho, funcionará como:

 ÂNODO: o material que tiver imerso na

solução diluída

 CÁTODO: o material que tiver imerso na

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-Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases

dissolvidos diferentes

É também chamada de corrosão por aeração diferenciada.

Observa-se que quando o oxigênio do ar tem acesso à superfície úmida do metal a corrosão aumenta, sendo MAIS INTENSA NA PARTE COM DEFICIÊNCIA EM

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-Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases

dissolvidos diferentes  No cátodo:

H2O + ½ O2 + 2 elétrons  2 (OH-)

MAIS AERADO

Os elétrons para a redução da água vem das áreas deficientes em oxigênio.

 No ânodo:

 _{OCORRE A OXIDAÇÃO DO MATERIAL NAS ÁREAS}

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-Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases

dissolvidosdiferentes

 Sujeiras, trincas, fissuras, etc. atuam como

focos para a corrosão (levando à corrosão localizada) porque são regiões menos aeradas.

 A acumulação de sujeiras, óxidos (ferrugem)

dificultam a passagem de Oxigênio agravando a corrosão.

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-EXEMPLO: CORROSÃO DO FERRO POR

AERAÇÃO DIFERENCIADA.

Fe + Ar úmido (oxigênio mais água)

 No ânodo: REGIÃO MENOS AERADA

Fe (s)  Fe+2 + 2 elétrons E= + 0,440 Volts

 No cátodo: REGIÃO MAIS AERADA

H2O + ½ O2 + 2 elétrons  2 (OH-) E= + 0,401 Volts  _Logo:

Fe+2 + 2 (OH-)  Fe(OH)₂

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-

Pilha de corrosão de temperaturas

diferentes

Em geral, o aumento da temperatura aumenta a velocidade de corrosão, porque aumenta a difusão.

Por outro lado, a temperatura também pode diminuir a velocidade de corrosão através da eliminação de gases, como O2 por exemplo.

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-

Pilhas de Tensão



Deformação gera discordâncias, que são

regióes anódicas.



Contorno de grão também possui muitas

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

CORROSÃO INTERGRANULAR

 O contorno de grão _{contorno de grão} funciona como região anódica, devido ao grande número de discordâncias presentes nessa região.

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

 A presença de _{A presença de} tensões tensões levam a

diferentes f.e.m e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer corrosão

localizada.

 A região tensionada

têm um maior número de discordâncias, e o

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EXEMPLOS DE CORROSÃO SOB

TENSÃO

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

 Cavidades, porosidades ou trincas também _{Cavidades, porosidades ou trincas} funcionam como regiões anódicas

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TAXAS DE CORROSÃO

 Taxa de penetração da corrosão (TPC) ou perda da espessura do

material por unidade de tempo

TPC= KW At

W= perda de peso após algum tempo de exposição t= tempo de exposição

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TAXAS DE CORROSÃO

em termos de corrente elétrica

 Densidade de corrente

R = i nF

R= taxa de corrosão em mol/m2.s

n= número de elétrons associados à ionização de cada átomo metálico

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PRINCIPAIS MEIOS DE PROTEÇÃO

CONTRA A CORROSÃO

 PINTURAS OU VERNIZES

 RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTRO

METAL MAIS RESISTENTE À CORROSÃO

 GALVANIZAÇÃO: Recobrimento com um

metal mais eletropositivo (menos resistente à corrosão)

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PINTURAS OU VERNIZES

 Separa o metal do meio  Exemplo: Primer em aço

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RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTRO METAL MAIS RESISTENTE À CORROSÃO

 Separa o metal do meio_.

 Exemplo: Cromagem, Niquelagem, Alclads, folhas

de flandres, revestimento de arames com Cobre, etc.

 Dependendo do revestimento e do material

revestido, pode haver formação de uma pilha de

corrosão quando houver rompimento do

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PROTEÇÃO NÃO-GALVÂNICA

Folhas de flandres: São folhas finas de aço revestidas com estanho que são usadas na fabricação de latas para a indústria alimentícia. O estanho atua como ânodo somente até haver rompimento da camada protetora em algum ponto.

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PROTEÇÃO GALVÂNICA

Recobrimento com um metal mais eletropositivo (menos resistente à corrosão)

 _ separa o metal do

meio.

Exemplo: Recobrimento do aço com Zinco.

 _{O Zinco é mais eletropositivo}

que o Ferro, então enquanto houver Zinco o aço ou ferro esta protegido. Veja os potenciais de oxidação do Fe e Zn:

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PROTEÇÃO ELETROLÍTICA OU

PROTEÇÃO CATÓDICA

 Utiliza-se o processo de formação de pares metálicos (UM É DE SACRIFÍCIO), que consiste em unir-se intimamente o metal a ser protegido com o metal protetor, o qual deve ser mais eletropositivo (MAIOR POTÊNCIAL DE OXIDAÇÃO NO MEIO) que o primeiro, ou seja, deve apresentar um maior tendência de sofrer corrosão.

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FORMAÇÃO DE PARES

METÁLICOS

 É muito comum usar ânodos de sacrifícios em tubulações de ferro ou aço em subsolo e em navios e tanques.

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ÂNODOS DE SACRIFÍCIO MAIS

COMUNS PARA FERRO E AÇO

 Zn  Al  Mg

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MATERIAIS CERÂMICOS

 São relativamente inertes à temperatura ambiente

 Alguns só são atacados à altas temperaturas por metais líquidos

 O processo de corrosão por dissolução é mais comum nas cerâmicas do que a corrosão

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

 Quando expostos à certos líquidos os

polímeros podem ser atacados ou dissolvidos  A exposição dos polímeros à radiação e ao

calor pode promover a quebra de ligações e com isso a deterioração de suas propriedades físicas.

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

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MATERIAIS POLIMÉRICOS

(ELASTÔMEROS)