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UNIFACS
Materiais MetálicosAULA 8
Corrosão
Lucas Nao Horiuchi
lucas.horiuchi@braskem.com.br
28/Mai/10
8. Corrosão
AvaliaçõesTipo de avaliação Peso Data
• Avaliação escrita (P1) 2,5 09/abr
• Avaliação escrita (P2) 2,0 21/mai
• Avaliação escrita (P3) 1,5 18/jun
ARHTE/Seminário 1,0 11/jun
• 2ª Chamada 01/jul (??)
• Avaliação Final 3,0 09/jul
8. Corrosão
CORROSÃO E DEGRADAÇÃO
CORROSÃO METAIS e CERÂMICAS
DEGRADAÇÃO POLÍMEROS
8. Corrosão
CORROSÃO METÁLICA
Definição: deterioração e/ou perda de propriedades do material devido a ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliado ou não a esforços mecânicos.
8. Corrosão
A deterioração leva: Ao desgaste; À variações químicas na composição; À modificações estruturais e propriedades;
FALHA NA FUNÇÃO DO PRODUTO.
O Engenheiro deve: Saber evitar condições de corrosão severa; Proteger os materiais contra a corrosão.
CORROSÃO METÁLICA
8. Corrosão
EnergiaVia calor
Geralmente a corrosão é um processo espontâneo.
Os compostos tendem a buscar o estado de menor energia: ou seja minerais de origem (ou óxidos metálicos).
Para METAIS: o estado de menor energia óxidos metálicos
Metalurgia: óxido de metal metal
Corrosão: metal óxido de metal
CORROSÃO METÁLICA
Requerenergia
Liberaenergia
8. Corrosão
A corrosão à nossa volta:• Automóveis: corrosão do chassis, corrosão da
carroçaria;• Canalizações (aço, aço galvanizado): corrosão externa
e, principalmente, interna;• Material de cozinha (panelas/tachos de alumínio ou
mesmo de aço inox): exteriormente parecem limpos e brilhantes, mas no seu interior surge corrosão por pontos (sal) ou corrosão na linha de água;
• Monumentos: patina;• Estruturas metálicas em engenharia (pintadas ou não).
CORROSÃO METÁLICA
8. Corrosão
Uso benéfico da corrosão:• Baterias de pilhas secas: geração de energia elétrica
pela ação do processo de corrosão;• Eletro-polimento
CORROSÃO METÁLICA
8. Corrosão
• Eletro-polimento: para obtenção de superfícies lisas e polidas. E no processo de preparação de amostras para a microscopia eletrônica de transmissão.
CORROSÃO METÁLICA
Antes Depois
8. Corrosão
CORROSÃO METÁLICA
8. Corrosão
A forma auxilia na determinação do mecanismo de corrosão:
Uniforme a corrosão ocorre em toda a extensão da superfície;
Por placas forma-se placas com escavações;
Alveolar produz sulcos de escavações semelhantes à alvéolos (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 finos filamentos;
Por esfoliação a corrosão ocorre em diferentes camadas.
FORMAS DE CORROSÃO
8. Corrosão
(podem ser meios ácidos, básicos ou neutro e/ou aerados)
MEIOS CORROSIVOS
Um determinado meio pode ser extremamente agressivo, sob o ponto de vista da corrosão, para um determinado material e inofensivo para outro
• Atmosfera: poeira, poluição, umidade, gases (CO, CO2, SO2, H2S, NO2,...);
• Água: bactérias (corrosão microbiológica), chuva ácida, etc;• Solo: acidez, materiais orgânicos, umidade, sais; • Produtos químicos: HCl, NaOH, etc.
8. Corrosão
PRODUTOS DA CORROSÃO
- Muitas vezes os produtos resultantes da corrosão são requisitos para a escolha do material para a aplicação.- Alguns exemplos onde os produtos da corrosão são importantes:
Os produtos de corrosão dos materiais usados para embalagens na indústria alimentícia devem ser atóxicos como também não podem alterar o sabor dos alimentos; Pode ocorrer, devido a corrosão, a liberação de gases tóxicos e inflamáveis (riscos de explosão); Materiais para implantes de ossos humanos, implante dentário, marca-passos, etc.
8. Corrosão
MECANISMOS DA CORROSÃO
• Mecanismo Químico (AÇÃO QUÍMICA)
• Mecanismo Eletroquímico
8. Corrosão
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: dissolução do Cobre em HNO3;Dissolução preferencial: dissolução preferencial de fases ou planos atômicos;Formação de ligas e compostos: (óxidos, íons, etc.), na qual se dá geralmente por difusão atômica.
8. Corrosão
CONSIDERAÇÕES SOBRE DISSOLUÇÃOA dissolução geralmente envolve solventes. Ex.: a gasolina dissolve mangueira de borracha.a- Moléculas e íons pequenos se dissolvem mais facilmente.Exemplo: sais são bastante solúveis;b- Dissolução é maior quando soluto e solvente tem estruturas semelhantes: ex. materiais orgânicos e solventes orgânicos (plástico + acetona);c- Dois solutos produzem maior solubilidade que um só. Ex.: CaCO3 é insolúvel em água, mas é solúvel em água mais CO2 formando ácido carbônico;d- A velocidade de dissolução aumenta com a temperatura.
8. Corrosão
CORROSÃO POR 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);• Essa camada passivadora é fina e aderente;• A oxidação só se processa por difusão do oxigênio.
8. Corrosão
METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO, COM PROTEÇÃO EFICIENTE
• Al
• Fe a altas temp.
• Pb
• Cr
• Aço inox
• Ti
Alumínio com camada de Al2O3
8. Corrosão
METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO COM PROTEÇÃO INEFICIENTE
• Mg
• Fe
8. Corrosão
OXIDAÇÃO DO FERRO AO AR SECO
• Fe + ½ O2 FeO T= 1000 C
• 3Fe + 2O2 Fe3O4 T= 600 C
• 2Fe + 3/2 O2 Fe2O3 T= 400 C
8. Corrosão
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 de íons.
8. Corrosão
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.
8. Corrosão
EXEMPLO DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA
OXIDAÇÃO REDUÇÃO
8. Corrosão
POTÊNCIAL PADRÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO AO PADRÃO DE HIDROGÊNIO
f.e.m: força eletro-motriz ou série de potenciais de eletrodo padrão
8. Corrosão
SÉRIE GALVÂNICA
8. Corrosão
CORROSÃO ELETROQUÍMICA:TIPOS DE PILHAS OU CÉLULAS ELETROQUÍMICAS
a) Pilha de corrosão formada por materiais de natureza química ;b) Pilha de corrosão formada pelo mesmo material, mas de eletrólitos de concentração ;c) Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos ;d) Pilha de corrosão em temperaturas .
8. Corrosão
a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química • 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 Cobre e outra de Ferro em contato com a água salgada. O Ferro tem maior tendência de se oxidar que o Cobre, então o Ferro sofrerá corrosão intensa.
8. Corrosão
Quanto mais separados na série galvânica, maior a ação eletroquímica quando estiverem juntos.
PARES GALVÂNICOS
Fe
Cu
Fe
Cu
a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química
8. Corrosão
Meios de prevenção contra corrosão galvânica:
- Evitar contato metal-metal coloca-se entre os mesmos um material não-condutor (isolante);
- Usar Inibidores Usado principalmente em equipamentos químicos onde haja líquido agressivo.
a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química
8. Corrosão
b) Pilha de corrosão: mesmo material e eletrólitos de concentração
Dependendo das condições de trabalho, funcionará como:
• ÂNODO: o material que tiver imerso na solução diluída;
• CÁTODO: o material que tiver imerso na solução mais concentrada.
8. Corrosão
c) Pilha de corrosão: mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos
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 OXIGÊNIO.
8. Corrosão
c) Pilha de corrosão: mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos
• 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 MENOS AERADAS.
8. Corrosão
c) Pilha de corrosão: mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos
• Sujeiras, trincas, fissuras, etc. atuam como focos para a corrosão (levando à corrosão localizada) porque são regiões menos aeradas.
• O acúmulo de sujeiras, óxidos (ferrugem) dificultam a passagem de Oxigênio agravando a corrosão.
8. Corrosão
EXEMPLO: CORROSÃO DO FERRO POR AERAÇÃO DIFERENCIADA.Fe + Ar úmido (oxigênio mais água)
• No ânodo: REGIÃO MENOS AERADAFe (s) Fe+2 + 2 elétrons E= + 0,440 Volts
• No cátodo: REGIÃO MAIS AERADAH2O + ½ O2 + 2 elétrons 2 (OH-) E= + 0,401 Volts
• Logo:
Fe+2 + 2 (OH-) Fe(OH)2
– O Fe(OH)2 continua se oxidando e forma a ferrugem
2 Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O 2 Fe(OH-)3 ou Fe2O3.H2O
8. Corrosão
d) Pilha de corrosão: diferentes temperaturas
• 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.
8. Corrosão
EFEITOS DA MICROESTRUTURACORROSÃO INTERGRANULAR
• O contorno de grãocontorno de grão funciona como região anódica, devido ao grande número de discordâncias presentes nessa região.
8. Corrosão
EFEITOS DA MICROESTRUTURA
• A presença de diferentes fasesfases no material, leva a diferentes f.e.m e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer corrosão preferencial de uma dessas fases.
8. Corrosão
EFEITOS DA MICROESTRUTURA
• Diferenças Diferenças composicionaiscomposicionais levam a diferentes potenciais químicos e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer corrosão localizada.
• Ocorre em soldas de inox (sensitização ou “weld decay”)
Exemplo: Corrosão intergranular no Aço inox
8. Corrosão
EFEITO DE FORÇAS MECÂNICAS
• A presença de tensõesA presença de 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 material fica mais reativo.
Ex.: região de solda, dobras, etc.
8. Corrosão
EXEMPLOS DE CORROSÃO SOB TENSÃO
8. Corrosão
EFEITOS DA MICROESTRUTURA
• Trincas, cavidades ou porosTrincas, cavidades ou poros também funcionam como regiões anódicas.
• Ou corrosão em frestas: regiões com baixa circulação de líquido (estagnação de fluido) e baixa aeração. O O2 é consumido, havendo a liberação de H+ e Cl-, que são corrosivos, mesmo para materiais normalmente passivadas.
• Formas de evitar: evitar juntas rebitadas ou parafusadas, preferir juntas soldadas.
8. Corrosão
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
menos resistente à corrosão;• PROTEÇÃO ELETROLÍTICA OU PROTEÇÃO
CATÓDICA.
8. Corrosão
PINTURAS OU VERNIZES
• Separa o metal do meio.
• Características da pintura sobre corrosão:1) Ação anti-corrosiva: “primers” e tintas anti-corrosivas (a base de zinco);
– Aderência: fundamental para evitar a propagação da corrosão, caso a pintura seja riscada, a corrosão fica restrita ao risco e não se propaga sob a camada de tinta;
– Flexibilidade: para caso de dobramentos, flexões e mesmo para as contrações e dilatações devido à variação da temperatura;
– Impermeabilidade: evitar que vapor d’água, oxigênio e outros gases corrosivos permeiem através da pintura ate o metal.
8. Corrosão
RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTRO METAL MAIS RESISTENTE À CORROSÃO
• Separa o metal do meio;• Ex.: Cromagem, folhas de flandres, Niquelagem,
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 revestimento em algum ponto, acelerando a corrosão.
8. Corrosão
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. Depois de rompido, atua como cátodo, fazendo então que o aço atue como ânodo, corroendo-se.
Proteção com camada de um material mais resistente à corrosão que o material base. Ex Folha de flandes (Sn-Fe).
8. Corrosão
PROTEÇÃO GALVÂNICARecobrimento com um metal menos resistente à corrosão
• Separa o metal do meio. Ex.: Recobrimento do aço com Zinco;
• O Zinco é mais suscetível à corrosão que o Ferro, então enquanto houver Zinco, o aço ou ferro estará protegido.
• Como a área recoberta de Zn é grande, a corrosão é bem lenta na camada de Zn.
8. Corrosão
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 apresentar uma maior tendência de sofrer corrosão.
8. Corrosão
FORMAÇÃO DE PARES METÁLICOS
• É muito comum usar ânodos de sacrifícios em tubulações de ferro ou aço em subsolo e em navios e tanques.
8. Corrosão
ÂNODOS DE SACRIFÍCIO MAIS COMUNS PARA FERRO E AÇO
• Zn• Al• Mg
8. Corrosão
Obrigado pela atenção!!
Dúvidas?
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