seminário de corrosão
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UNIVERSIDADE POSITIVO
ENGENHARIA MECÂNICA
QUÍMICA TECNOLÓGICA
TRABALHO DE QUÍMICA TECNOLÓGICA
CORROSÃO
CURITIBA
NOVEMBRO – 2011
EDUARDO CROVADOR
FERNANDO PRADO ROCHA DE OLIVEIRA
LEANDRO PRADO ROCHA DE OLIVEIRA
MARIO SHIMOMURA
LUIS MIGUEL SOARES DOS REIS
TRABALHO DE QUÍMICA TECNOLÓGICA
CORROSÃO
Trabalho apresentado como requisito parcial
para aprovação em Química Tecnológica
Professor : Fernando Carvalho Neto Mr.Sc.
CURITIBA
NOVEMBRO - 2011
SUMÁRIO
1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA 5 1.1 Potenciais Eletroquímicos 5 1.2 Pilhas de Corrosão 9
1.2.1 Principais tipos de pilha 9 1.3 Meios corrosivos 10 1.4 Velocidade de Corrosão 11
1.4.1 Influência de Outros Fatores na Velocidade de Corrosão 11 2 Custos Associados à Corrosão 13 3 Tipos de Corrosão 15
3.1.1 Corrosão uniforme 15
3.1.2 Corrosão por pites 15
3.1.3 Corrosão por concentração diferencial 16
3.1.4 Corrosão em frestas 17
3.1.5 Corrosão filiforme 17
3.1.6 Corrosão galvânica 17
3.1.7 Corrosão sob tensão 18
3.1.8 Corrosão seletiva 18
3.1.9 Corrosão grafítica 18
3.1.10 Corrosão por dezincificação 19
3.1.11 Corrosão associada ao escoamento de fluidos 20
3.1.12 Corrosão por turbulência ou impingimento 22 4 PROTEÇÃO À CORROSÃO 23
4.1 Aços Resistentes à Corrosão 23 4.1.1 Características 23
4.2 Galvanização 24 4.3 Pintura 26
5 ESTUDO DE CASO – “AZINHAVRE” 28 5.1 Estudo de caso: geração de azinhavre em contatos de cobre e latão aplicados na indústria eletro-eletrônica, (especificamente em duchas elétricas convencionais e duchas eletrônicas). 29
CONCLUSÃO 31 REFERÊNCIAS 32
INTRODUÇÃO
Num assunto muito difundido e aceito universalmente, pode-se definir corrosão
como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou
eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. A deterioração
causada pela interação físico-química entre o material e o seu meio operacional
representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como
desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado
para o uso.
Sendo a corrosão, em geral, um processo espontâneo, está constantemente
transformando os materiais metálicos de modo que a durabilidade e desempenho
dos mesmos deixam de satisfazer os fins a que se destinam. Portanto, esse
fenômeno assume importância fundamental na vida moderna, visto que não
podemos prescindir dos metais e suas ligas.
Os problemas de corrosão são freqüentes e ocorrem nas mais variadas atividades,
como por exemplo, nas indústrias química, petrolífera, petroquímica, naval, de
construção civil, automobilística, nos meios de transporte aéreo, ferroviário,
metroviário, marítimo, rodoviário e nos meios de comunicação, como os sistemas de
telecomunicações, na odontologia (restaurações metálicas, aparelhos de prótese),
na medicina e em obras de arte como monumentos e esculturas. Em muitos dos
casos é impossível ou economicamente impraticável parar o processo generalizado
de corrosão; porém é normalmente possível controlar o processo em níveis
aceitáveis.
Este trabalho visa dar aporte ao seminário apresentado pelo grupo, na disciplina de
Química Tecnológica.
5
1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA
A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela
sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição,
processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na liberação de
energia. Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está
associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de moléculas
de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor.
A corrosão eletroquímica constitui-se no processo de corrosão mais freqüente na
natureza. Estes processos eletroquímicos, como já dito, realizam-se na presença de
água líquida devido à formação de pilhas ou células de corrosão e em temperatura
abaixo do ponto de orvalho.
As células de corrosão são, portanto, elementos fundamentais na existência do
processo, e vão determinar, associadas a outros fatores, a intensidade dos
processos corrosivos.
1.1 Potenciais Eletroquímicos
Um metal, quando colocado em contato com uma solução diluída, transfere íons
para a mesma, ficando a superfície metálica eletricamente carregada.
Esta reação pode ser assim expressa:
M ↔ Mn+ + ne
Em conseqüência surge, na superfície metálica, uma diferença de potencial elétrico
entre o metal e a solução.
A figura 1 mostra o estágio inicial da reação, ou seja, átomos do metal passando do
estado reduzido (onde o número de prótons no núcleo corresponde ao mesmo
número de elétrons) para a solução sob a forma de íons de carga positiva e
deixando a superfície eletricamente carregada.
6
Figura 1
A figura 2 ilustra o estágio de equilíbrio da reação de passagem dos íons para a
solução.
Figura 2
A tendência à passagem de íons para a solução está relacionada à variação de
energia livre do sistema metal/solução, ou seja, o metal tem em si uma parcela de
energia acumulada que será liberada à medida que seus íons forem passando à
solução.
Esta diferença de energia se deve aos diferentes estados em que se pode
considerar os átomos, ou seja, quando o átomo de metal se encontra como metal
propriamente dito, integrando à estrutura cristalina e participante da ligação metálica,
rodeado por outro átomo metálico, ou quando o átomo cede os seus elétrons da
7
última camada transformando-se em íons de carga positiva e passando para a
solução, ou ainda quando os íons presentes num solvente polar interagem com as
moléculas do solvente, que orientam na direção do íon sua região de polaridade
negativa.
Com a passagem dos íons para a solução, cria-se um campo eletrostático que tende
a manter os íons metálicos o mais próximo possível do metal. À medida que os íons
passam para a solução, aumenta a quantidade de elétrons na superfície metálica,
com o conseqüente aumento da quantidade de cargas separadas pela dupla
camada e o aumento da diferença de potencial. A limitação no aumento da
quantidade de elétrons ocorre devido à dificuldade imposta pela dupla camada à
passagem de novos íons para a solução, bem como pela dificuldade de consumo
dos elétrons por íons do meio.
Quando a diferença de potencial atinge um valor tal que a energia livre de passagem
de íons para a solução se anula, estabelece-se o equilíbrio termodinâmico e tem-se
então o potencial eletroquímico de equilíbrio.
A tendência à passagem de íons para solução varia de metal para metal. Metais com
maior tendência à oxidação apresentam uma separação de cargas elétricas (elétrons
na superfície do metal e íons positivos em solução) maior, o que caracteriza no seu
potencial eletroquímico.
A figura 3 mostra de forma esquemática os potenciais de eletrodo do ferro e do
cobre.
Figura 3
8
Os potenciais dos diversos metais foram medidos em relação ao eletrodo padrão de
hidrogênio em condição padrão, resultando na chamada tabela de potenciais
eletroquímicos padrões, conforme mostrado na tabela 1.
Tabela 1
A denominação de potenciais de oxidação está ligada ao fato de o metal ser
colocado como anodo da pilha metal/eletrodo de hidrogênio. Invertendo-se todos os
sinais obter-se-ia a tabela de potenciais de redução. Os metais acima do hidrogênio
na tabela e à medida que se sobe na mesma, são denominados mais reativos, com
maior tendência à oxidação, mais anódicos e menos nobres. Os metais que estão
abaixo do hidrogênio na tabela e à medida que se desce na mesma, são ditos
menos reativos, com menor tendência à oxidação, menos anódicos e mais nobres.
9
1.2 Pilhas de Corrosão
As pilhas de corrosão eletroquímica são constituídas de quatro elementos
fundamentais:
1. Área anódica: superfície onde verifica-se o desgaste (reações de oxidação)
2. Área catódica: superfície protetora onde não há desgaste (reações de
redução).
3. Eletrólito: solução condutora ou condutor iônico que envolve simultaneamente
as áreas anódicas e catódicas.
4. Ligação elétrica entre áreas anódicas e catódicas.
A figura 4 mostra esquematicamente uma pilha de corrosão eletroquímica. As
pilhas ou células de corrosão eletroquímica são responsáveis pela deterioração
do material metálico (nas regiões anódicas).
Figura 4
Um conceito importante aplicável às pilhas de corrosão é o de oxidação e o de
redução. As reações de corrosão eletroquímica envolvem sempre reações de
oxirredução.
1.2.1 Principais tipos de pilha
• Pilha de eletrodo diferente: também denominada de pilha galvânica, e surge
sempre que dois metais ou ligas metálicas diferentes são colocados em
contato elétrico na presença de um eletrólito.
• Pilha de ação local: esta pilha é provavelmente a mais freqüente na natureza;
ela aparece em um mesmo metal devido a heterogeneidades diversas,
10
decorrentes de composição química, textura do metal, tensões internas,
dentre outras. As causas determinantes da pilha de ação local são: inclusões,
segregações, bolhas, trincas, estados diferentes de tensões, polimento
diferencial, diferença no tamanho e contorno do grão, tratamentos térmicos
diferentes, materiais de diferentes épocas de fabricação, entre outros.
• Pilha ativa-passiva: ocorre nos materiais formadores de película protetora,
como por exemplo: cromo, alumínio, aços inoxidáveis, titânio entre outros. A
película protetora se constitui numa fina camada do produto de corrosão que
passiva a superfície metálica.
• Pilha de concentração iônica diferencial: esta pilha surge sempre que um
material metálico é exposto a concentrações diferentes de seus próprios íons.
Esta pilha é muito freqüente em frestas quando o meio corrosivo é líquido.
1.3 Meios corrosivos
Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento
do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água
contendo sais, ácidos ou bases. Os principais meios corrosivos e respectivos
eletrólitos são:
• Atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão (especialmente na orla
marítima), gases industriais, poeira, etc. O eletrólito consititui-se da água que
condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases de enxofre.
Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o
processo corrosivo.
• Solos: os solos contêm umidade e sais minerais. Alguns solos apresentam
também características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se
principalmente de água com sais dissolvidos.
• Águas naturais (rios, lagos e subsolo): estas águas podem conter sais
minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, poluentes
diversos e gases dissolvidos. O eletrólito constitui-se principalmente da água
com sais dissolvidos.
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• Água do mar: esta água contém quantidade apreciável de sais e por este
motivo é muito condutora e muito corrosiva. A água do mar, em virtude da
presença acentuada de sais, é um eletrólito por excelência.
• Produtos químicos: desde que em contato com água ou com umidade e
formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.
1.4 Velocidade de Corrosão
A velocidade com que se processa é dada pela massa de material desgastado, em
uma certa área, durante um certo tempo, ou seja, pela taxa de corrosão. A taxa de
corrosão pode ser representada pela massa desgastada por unidade de área na
unidade de tempo.
A massa deteriorada pode ser calculada pela equação de Faraday:
m = e.i.t
Onde m é a massa desgastada (em gramas), e é o equivalente eletroquímico do
metal, i é a corrente de corrosão (em Ampere) e t é o tempo que o processo leva
(em segundos).
A corrente “i” de corrosão é, portanto, um fator fundamental na maior ou menor
intensidade do processo e o seu valor pode ser variável ao longo do processo
corrosivo.
1.4.1 Influência de Outros Fatores na Velocidade de Corrosão
Alguns outros fatores influem na velocidade de corrosão, principalmente porque
atuam nos fenômenos de polarização e passivação.
Tais fatores que também influenciam a velocidade de corrosão:
• Aeração do meio corrosivo: o oxigênio funciona como controlador dos
processos corrosivos. Portanto, na pressão atmosférica, a velocidade de
corrosão aumenta com o acréscimo de taxa de oxigênio dissolvido. Isto ocorre
por ser o oxigênio um elemento despolarizante e que desloca a curva de
polarização catódica no sentido de maior corrente de corrosão.
12
• pH do eletrólito: a maioria dos materiais metálicos passivam-se em meios
básicos (exceção para os materiais anfóteros). Portanto, as taxas de corrosão
aumentam com a diminuição do pH.
• Temperatura: o aumento de temperatura acelera, de modo geral, as reações
químicas. Da mesma forma, também em corrosão as taxas de desgaste
aumentam com o aumento de temperatura.
13
2 CUSTOS ASSOCIADOS À CORROSÃO
Com o avanço tecnológico mundialmente alcançado, os custos as corrosão
evidentemente se elevam, tornando-se um fator de grande importância a ser
considerado já na fase de projeto de grandes instalações industriais para evitar ou
minimizar futuros processos corrosivos.
Esta importância pode ser considerada sob alguns aspectos básicos, destacando-se
como o primeiro deles o econômico, traduzido pelo custo da corrosão que envolve
cifras astronômicas e pelos custos que envolvem a conservação das reservas
minerais e consumo energético.
O dado relativo ao custo da corrosão mais amplamente divulgado foi apresentado
por Uhlig em 1949, na Conferência Científica sobre a Conservação e Utilização das
Reservas Minerais, realizada em Nova York pela ONU. Naquela época Uhlig
estimava que os EUA o custo da corrosão alcançava 5,5 bilhões de dólares por ano.
Doze anos antes, em Bruxelas, Bélgica, numa reunião de corrosão, foi apresentado
o seguinte painel: “Enquanto você lê este painel, 750 kg de ferro estão sendo
corroídos”.
Muitos anos depois, em 1965, o National Bureal of Standarts publicava um relatório
que estimava em 10 bilhões de dólares o custo anual da corrosão nos EUA.
Em 1969, o ministro da Tecnologia do Reino Unido determinou a criação de um
Grupo de Trabalho com o objetivo de realizar um levantamento do custo da corrosão
e da economia que se poderia obter pelo uso adequado de medidas, já conhecidas,
para combate à corrosão. Esse grupo foi coordenado por Hoar, da Universidade de
Cambridge, e o seu relatório conclusivo, publicado em 1971, revelou que o custo
anual mínimo da corrosão no Reino Unido era de 1 bilhão e 365 milhões de libras
esterlinas. Hoar observou ainda que este valor correspondia a 3,5% do PNB
(produto nacional bruto). Foram também levantados dados que permitiram estimar
em 310 milhões de libras esterlinas a quantia que poderia ter sido poupada se o
conhecimento disponível para combate à corrosão tivesse sido aplicado
convenientemente.
14
Após a emissão desse relatório Hoar, em 1971, o primeiro levantamento sério
realizado com vistas à avaliação do custo da corrosão foi feito nos EUA, por
determinação do Congresso, que atribuiu esta missão ao National Bureal of
Standarts, o qual, por sua vez, contratou o Batelle Columbus Laboratories
(Colombus, Ohio) para auxiliá-lo neste trabalho. O ano de 1975 foi tomado como
base para os levantamentos. As conclusões desse levantamento são
surpreendentes, principalmente por mostrar que o custo anual da corrosão é muito
superior ao que até então havia sido estimado. Assim, para 1975, o valor médio
encontrado foi de 70 bilhões de dólares, equivalentes a 4,2% do PNB. A faixa
estimada varia de 52,7 a 86,2 bilhões. Outro dado do relatório mostra que o custo da
corrosão em automóveis situava-se na faixa de 6 a 14 bilhões de dólares por ano.
O Departamento de Comércio dos EUA estimou em 126 bilhões de dólares o custo
da corrosão em 1982. A tabela 2 apresenta estimativas do custo da corrosão em
alguns países. Na falta de dados estatísticos e estimando-se o custo da corrosão em
3,5% do PNB, do ano de 1993, pode-se apresentar a tabela 2.
Tabela 2
15
3 TIPOS DE CORROSÃO
A corrosão por processos eletroquímicos apresenta mecanismos idênticos sempre
constituídos por regiões nas quais há a formação de ânodos e cátodos, entre as
quais há a circulação de elétrons e no meio a circulação de íons. Mas a perda de
massa do material e a maneira pela qual se dá seu ataque, se processará de
diferentes maneiras e evoluções.
Listam-se aqui diversos tipos de corrosão e seus específicos mecanismos,
abordando-se as características do ataque corrosivo e as formas de desgaste.
3.1.1 Corrosão uniforme
A corrosão se processa em toda extensão da superfície, ocorrendo perda uniforme
de espessura. É chamada por alguns de “corrosão generalizada”, mas essa
terminologia não deve ser usada só para corrosão uniforme, pois pode-se ter,
também, corrosão por pite ou alveolar generalizadas, isto é, em toda a extensão da
superfície corroída.
3.1.2 Corrosão por pites
A chamada corrosão por pites (do inglês pit, orifício) é uma forma de corrosão
localizada que consiste na formação de pequenas cavidades e profundidade
considerável e o mais importante, significativa frente à espessura do material. Ocorre
de maneira extremamente determinada, podendo, portanto, ser chamada de
puntiforme, não apresentando o material circundante ataque.
Caracteriza-se por atacar materiais metálicos que apresentam formação de películas
protetoras passiváveis e sendo resultado, geralmente, da atuação de "ilha" ativa-
passiva nos locais de pequena área (dito pontos) onde há o rompimento de tal
camada passiva. Sendo uma corrosão que não implica uma homogênea redução da
espessura, e ocorrendo no interior de equipamentos, torna-se um tipo de corrosão
de acompanhamento mais difícil.
É um tipo de corrosão que nos materiais passiváveis a ação dos halogenetos (Cl-,
Br-, I-, F-) causa o rompimento da passividade e a dissolução causada localmente da
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película produz um área ativa que, diante do restante passivado circundante muito
maior, produz uma corrosão muito intensa e localizada. É de se considerar que um
fator importante para o mecanismo da formação de pites seja a existência de pontos
de maior fragilidade da película passivante (defeitos em sua formação), fazendo com
que o pH no interior do pite se altere substancialmente para o espectro ácido
dificultando a restituição da camada passiva inicial, resultando disto que a pequena
área ativa anódica formada diante de uma grande área catódica provoca uma
corrosão localizada e intensa.
3.1.3 Corrosão por concentração diferencial
A variação de determinados componentes no meio no qual o material está
permanentemente ou mesmo eventualmente imerso (em contato) provoca
igualmente ação corrosiva, a qual é denominada corrosão por concentração
diferencial. Seu mecanismo de ação é a formação de pilhas de concentração iônica
diferencial e pilhas de aeração diferencial.
Este tipo de corrosão pode ser dividido em: corrosão por concentração iônica
diferencial e corrosão por aeração diferencial.
3.1.3.1 Corrosão por concentração iônica diferencia l
A corrosão por concentração iônica diferencial ocorre quando no eletrólito com o
qual o metal está em contato apresentam-se diferenças de concentração de íons do
metal ou ainda outro cátion ou ânion que propicie a corrosão, como o Na+ e outros
íons alcalinos ou ainda sulfatos, por exemplo, propiciando a partir de um primeiro
ataque, a variação de cátions do metal. Este diferencial propiciará a formação de
pilhas através da presença de diferentes potenciais eletroquímicos das áreas de
maior e menor concentração, que funcionarão respectivamente como cátodo e como
ânodo.
3.1.3.2 Corrosão por aeração diferencial
Quando há variações nas concentrações de oxigênio no meio eletrólito, ocorre a
chamada corrosão por aeração diferencial. Com a concentração de oxigênio mais
alta no meio circundante, mais catódico se torna o potencial eletroquímico de um
17
material metálico, tornando as áreas em contato com esta concentração mais
elevada de oxigênio catódicas, gerando diferença de potencial em relação às áreas
de meio de menor concentração de oxigênio, que passam a ser anódicas. Este tipo
de corrosão ocorre em regiões intermediárias entre dois meios, como ar e água ou
ar e solo, como nas estruturas metálicas com partes subaquáticas ou no solo.
3.1.4 Corrosão em frestas
A ação da aeração diferencial e/ou da concentração iônica diferencial produzem a
formação de pilhas em frestas em materiais metálicos. Estas frestas podem ser
definidas como as ocorrentes em juntas soldadas de chapas sobrepostas, em juntas
de chapas unidas por rebites, em ligações de tubulações unidas por flanges, em
ligações de tubulações proporcionadas por roscas de parafusos, nos revestimentos
feitos através de chapas aparafusadas e inúmeras configurações de geometrias que
proporcionem a formação de frestas.
A formação de pilhas de concentração iônica diferencial é preferencial em meios
líquidos e a formação de pilhas de aeração diferencial é preferencial em meios
gasosos. O projeto de qualquer instalação metálica deve minimizar a previsão de
frestas, pois aí há propensão à corrosão.
3.1.5 Corrosão filiforme
Quando a corrosão se processa sob camadas de revestimento, como a pintura, ela é
denominada de corrosão filiforme. Embora o mecanismo principal desta corrosão
não seja completamente entendido, atribui-se aos mesmos mecanismos da corrosão
por frestas a esta corrosão, especialmente quando em defeitos no revestimento a
aeração diferencial. Esta corrosão processa-se tipicamente nas bordas da superfície
do material, progredindo por filamentos que curiosamente apresentam reflexões de
mesmo ângulo do de incidência quando encontram obstáculos.
3.1.6 Corrosão galvânica
O contato elétrico entre materiais diferentes resulta no processo corrosivo conhecido
como corrosão galvânica. A intensidade deste tipo de corrosão será proporcional à
distância entre os valores dos materiais envolvidos na tabela de potenciais
18
eletroquímicos (vistos no capítulo 1), em outras palavras, na "nobreza" dos
materiais. Exerce influência neste tipo de corrosão a proporcionalidade entre as
áreas anódica e catódica. Tal proporção deverá ser menor possível com vistas a se
obter a mínima corrosão na área anódica aliada a sua uniformidade.
A presença de íons metálicos no eletrólito é um fator importante nesta corrosão. No
caso de os íons no eletrólito serem mais catódicos que os materiais com os quais
possam ter contato, haverá corrosão devido a reações de troca entre o metal e os
cátions dissolvidos, com conseqüente oxidação do metal da estrutura em questão.
3.1.7 Corrosão sob tensão
O desenvolvimento da corrosão sob tensão exige a presença simultânea de tensões
de tração e fatores ambientais específicos. Isso é incomum nas atmosferas internas
de um edifício. As tensões não necessitam serem muito altas em relação ao limite de
escoamento do material e podem ser devidos à carga e/ ou efeitos residuais dos
processos de fabricação tais como soldagem ou dobramento. Devem ser tomados
cuidados quando os componentes de aço inoxidável com tensões residuais elevadas
(por ex. devido ao trabalho a frio) são usados em ambientes ricos em cloretos (por
ex. piscinas cobertas, marinho, plataforma marítima).
3.1.8 Corrosão seletiva
É chamada de corrosão seletiva ao conjunto de processos corrosivos que haja a
formação de um par galvânico produzido pela diferença significativa entre a nobreza
de dois elementos constituintes de uma liga metálica.
3.1.9 Corrosão grafítica
O processo corrosivo que ocorre nos ferros fundidos cinzentos, que normalmente
são usados para tubulações de água, de esgotos, em drenagem, etc, e no chamado
ferro nodular, que possuem teor de grafita é chamado de corrosão grafítica. Sendo a
grafita muito mais catódica que o ferro, e estando este concentrado em veios ou
nódulos, passam a agir como cátodo, enquanto o ferro age como ânodo, propiciando
a corrosão. Este tipo de corrosão é observável em tubos de ferro fundido velhos. É
usual o revestimento dos tubos - internamente com argamassa de cimento e
19
externamente com pinturas resistentes ao solo onde serão enterrados - para
prevenção deste este tipo de corrosão
3.1.10 Corrosão por dezincificação
O processo corrosivo que ocorre nas ligas de zinco, como os latões, utilizados em
resfriadores, condensadores, etc (trocadores de calor), tubulações para água
salgada e outras é chamada corrosão por dezincificação.
É similar ao processo de corrosão grafítica, mas o material anódico é o zinco,
restando o cobre e os conseqüentes produtos de corrosão. É observada com mais
frequência nos latões de alto teor de zinco, como o latão-alumínio (76% Cu, 22% Zn
e 2% Al) e latão amarelo (67% Cu e 33% Zn), mas é observada mesmo em ligas
mais resistentes à corrosão deste tipo como o latão vermelho (85% Cu e 15% Zn)
em caso de a partida da liga não se apresentar suficientemente homogênea.
É um tipo de corrosão inibida por tratamento térmico de solubilização da liga e
acréscimo à liga de As e Sb. > A corrosão galvânica (bimetálica) pode ocorrer
quando metais diferentes estão em contato num eletrólito comum (p. ex.: chuva,
condensação, etc.). Se a corrente elétrica flui entre os dois, o metal menos nobre (o
anodo) se corrói a uma taxa mais rápida do que se os metais não estivessem em
contato. A taxa de corrosão depende também das áreas relativa ao contato dos
metais, a temperatura e a composição do eletrólito. Em particular, quanto maior a
área do catodo em relação ao anodo, maior é a taxa de ataque. As proporções
desfavoráveis de áreas ocorrem provavelmente com os fixadores e as juntas.
Deveriam ser evitados os parafusos de aço carbono nos componentes de aço
inoxidável devido à proporção da área do aço inoxidável para o aço carbono que é
grande e os parafusos estarão sujeitos a ataque agressivo. Inversamente, a taxa de
ataque de um componente de aço carbono por um parafuso de aço inoxidável é
muito menor. É útil extrair a experiência de uma situação anterior em situações
similares, porque metais diferentes podem freqüentemente ser unidos de forma
segura e sob condições de condensação ocasional ou umidade, com resultados não
adversos principalmente quando a condutividade do eletrólito é baixa. A previsão
desses efeitos é difícil porque a taxa de corrosão é determinada por um número de
questões complexas. O uso de tabelas de potencial ignora a presença de filmes de
20
oxido na superfície e os efeitos das proporções da área e diferentes soluções
químicas (eletrólito). Entretanto, o uso inadequado destas tabelas pode produzir
resultados incorretos. Elas devem ser utilizadas com cuidado e somente para
avaliação inicial. Os aços inoxidáveis austeníticos normalmente formam o catodo
num par bimetálico e então não sofrem corrosão. Uma exceção é o par com cobre
que deveria ser normalmente evitado exceto em condições propícias. O contato
entre aços inoxidáveis austeníticos e zinco ou alumínio pode resultar em alguma
corrosão adicional dos dois últimos metais. Isso é pouco provável que seja
significativo estruturalmente, mas o resultado em forma de pó branco/cinzento pode
ser considerado de má aparência.
3.1.11 Corrosão associada ao escoamento de fluidos
Quando no escoamento de líquidos os processos corrosivos podem sofrer
aceleração pela associação da ação mecânica e seus efeitos com a formação de
pilhas, há ruptura de passivações e proteções aplicadas e as consequentes
formações de pilhas, oportunidades da ação química e sua consequente ação
corrosiva. As corrosões ocasionadas por tais ações de fluidos sobre os materiais são
classificadas principalmente em corrosão-erosão, a corrosão com cavitação e a
corrosão por turbulência.
3.1.11.1 Corrosão-erosão
Define-se erosão neste caso como o desgaste mecânico de uma substância sólida,
no caso o material de componentes ou condutores de um sistema causado pela
abrasão superficial de uma substância sólida, pura ou em suspensão num fluido,
seja ele líquido ou gasoso.
São casos comuns e frequentes deste tipo de ação:
• No deslocamento de materiais sólidos, de qualquer granulometria, como
rochas britadas, minérios ou produtos industriais diversos, como o cimento.
• No deslocamento de um líquido contendo um sólido em suspensão, como as
lamas de produção de minérios.
21
• No deslocamento de gases contendo partículas líquidas ou sólidas, como no
caso de cinzas abrasivas resultantes da queima de carvão mineral juntamente
com os gases de exaustão da combustão de usinas termoelétricas.
A ação erosiva ocorre normalmente no caso de líquidos e gases, em tubulações, em
permutadores de calor, em pás de turbinas, em parafusos de bombas de
Arquimedes, etc. O desgaste superficial causado pela erosão é capaz de destruir,
ainda que pontualmente, a princípio, as camadas protetoras (passivas) formadas
pelos próprios produtos de corrosão, ocasionando a formação de pilhas ativa-
passiva. Por outro caminho, o processo corrosivo leva à produção de películas de
produtos de corrosão, que são passivadoras da superfície, mas tais camadas são
removidas continuamente pelo processo erosivo, levando ao contínuo desgaste
pelas duas vias do material. Assim, quando associado com o processo erosivo, mais
intenso se torna o processo corrosivo, tendo como somatório um desgaste maior que
se apenas estivesse em ação o processo corrosivo ou o erosivo.
3.1.11.2 Corrosão com cavitação
Define-se cavitação como o processo de desgaste provocado em uma superfície,
especialmente metálica ou mesmo de concreto, devido a ondas de choque no
líquido, oriundas do colapso de bolhas gasosas (cavidades) nele temporariamente
formadas por ebulição, normalmente a baixa pressão. Nas regiões de um sistema
em movimento (como são os casos de pás de bombas centrífugas) ou em vibração
(como são os casos das camisas de fluidos refrigerantes dos motores), onde
ocorrem pelo menos momentos de baixas pressões, o suficiente para produzir
bolhas de vapor ou mesmo de gases até então dissolvidos, e havendo a reversão
para situações de pressão mais alta, causando o colapso de tais bolhas, que por
redução praticamente instantânea de seu volume provocando ondas de choque e
causando o impacto do fluido com as paredes, num efeito de "martelamento".
Do mesmo modo que a erosão por partículas em suspensão nos fluidos, a cavitação
provoca a destruição das camadas de oxidação protetora das superfícies,
propiciando de maneira similar o ataque corrosivo, com o acréscimo de provocar a
deformação plástica com o encruamento causado pela ação das ondas de choque
de alta pressão e, portanto a formação de novas regiões anódicas.
22
Igualmente a processo de corrosão com ação conjunta da erosão, a ação dos dois
fatores somados causa maiores perdas de material que a ação isolada da cavitação
ou da corrosão.
É de se citar igualmente a formação, propiciando a maior formação de bolhas, de
"focos de ebulição", que são regiões de maior aspereza (ou pontas e arestas) no
material, de onde há a mais fácil formação de bolhas de vapor, exatamente pela
ação inicial da corrosão ou da cavitação, sinergizando o processo, propiciando ainda
mais cavitação.
3.1.12 Corrosão por turbulência ou impingimento
A chamada corrosão por turbulência ou impingimento é um processo corrosivo
associado aos fluxos turbulentos de um líquido, ocorrendo especialmente quando há
a redução da área do fluxo, ou em outras palavras, quando seu caminho torna-se
mais estreito ou apresentar mudança de direção, como em curvas ou como se usa
dizer em tubulações, "cotovelos". De modo similar à cavitação, os fluxos turbulentos
podem provocar regiões de baixa pressão e bolhas especialmente de gases
dissolvidos (como o ar) e vapor que podem colapsar, causando a ação de ondas de
choque do fluido contra a parede metálica e o processo erosivo deste modo
resultante é denominado de impingimento. O ataque é um tanto diferente da
cavitação, propiciando alvéolos na forma de ferradura e pela ação dominante de
bolhas (geralmente ar) enquanto na cavitação a fase gasosa dominante é o vapor do
líquido.
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4 PROTEÇÃO À CORROSÃO
Além dos cuidados em projeto, as principais soluções empregadas para eliminar ou
reduzir a velocidade de corrosão a valores compatíveis com a vida útil ou com os
intervalos de manutenção dos componentes de aço são:
• Utilização de aços resistentes à corrosão atmosférica;
• Aplicação de revestimento metálico (zincagem ou galvanização);
• Aplicação de revestimento não-metálico (pintura)
4.1 Aços Resistentes à Corrosão
Entre os aços resistentes à corrosão atmosférica destacam-se os aços inoxidáveis,
obtidos pela adição de níquel e cromo, porém de uso restrito em edificações devido
ao seu custo elevado, e os chamados aços patináveis ou aclimáveis.
Os aços patináveis foram introduzidos no início da década de trinta, nos Estados
Unidos, para a fabricação de vagões de carga. Dadas às características e
qualidades desses aços, que combinavam alta resistência mecânica com resistência
à corrosão atmosférica, rapidamente encontraram aceitação, ainda que, na maioria
das vezes, fossem empregados com revestimento. Comercialmente, tais aços
receberam o nome de "Corten" e hoje são mundialmente utilizados na construção
civil.
4.1.1 Características
Os aços patináveis apresentam como principal característica a resistência à
corrosão atmosférica que, dependendo da agressividade do meio ambiente e do
tempo de exposição, pode ser de 5 a 8 vezes maior que a dos aços-carbono. A
resistência à corrosão atmosférica dos aços patináveis foi estudada ao longo de
anos por meio de ensaios acelerados e não–acelerados de corrosão em diferentes
condições atmosféricas, onde foi comprovada a sua superioridade em relação aos
aço-carbono comum.
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Os aços resistentes à corrosão são disponíveis no Brasil sob a forma de chapas e
bobinas. Esses aços são produzidos pelas principais siderúrgicas do país e possuem
denominações comerciais.
São aços de baixa liga, que além da resistência à corrosão, apresentam boa
soldabilidade.
A maior resistência à corrosão desses aços advém principalmente da adição de
cobre e cromo. Cada siderúrgica adota uma combinação própria desse elemento em
seus aços comerciais, além de combiná-los com outros elementos, como níquel,
vanádio e nióbio.
Os aços patináveis, quando expostos à atmosfera, desenvolvem em sua superfície
uma camada de óxido compacta e aderente denominada "pátina", que funciona
como barreira de proteção contra a corrosão, possibilitando, assim, sua utilização
sem qualquer tipo de revestimento.
A formação de pátina protetora ocorre desde que o aço seja submetido a ciclos
alternados de molhagem (chuva, nevoeiro, umidade) e secagem (sol, vento). Tais
efeitos também estão presentes em ambientes internos à edificação, desde que
adequadamente ventilados. O tempo necessário para a completa formação da
pátina varia em função do tipo de atmosfera em que se encontra exposto o aço,
levando em média de 18 meses a 3 anos. Após um ano, porém, o material já
apresenta uma homogênea coloração marrom-clara. A tonalidade definitiva, uma
gradação escura do marrom, será função da atmosfera predominante e da
freqüência com que a superfície do material se molha e se seca.
4.2 Galvanização
O fenômeno da corrosão é sempre precedido pela remoção de elétrons do ferro,
formando os cátions Fe++. A facilidade de ocorrer essa remoção é variável de metal
para metal e a ela dá-se o nome de potencial de oxidação de eletrodo.
A partir do arranjo ordenado dos valores de potencial de oxidação, tomando-se
como referência o hidrogênio, obtém-se a série eletromotriz. Nesta série, quanto
mais positivo o potencial de oxidação, mais reativo é o metal.
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O zinco tem maior potencial do que o ferro. Assim, se os dois forem combinados, o
zinco atuará como ânodo e o ferro como cátodo. Essa característica é utilizada como
artifício para se prevenir a corrosão do aço e nela baseia-se o método de proteção
pelo uso do zinco.
O aço revestido com zinco, na verdade, está protegido de duas maneiras distintas:
Se a camada de zinco se mantiver contínua, ou seja, sem qualquer perfuração, a
mesma atua como uma barreira evitando que o oxigênio e a água entrem em contato
com o aço, inibindo assim a oxidação.
Caso ela tenha qualquer descontinuidade e na presença do ar atmosférico, que
possui umidade, o zinco passa a atuar como ânodo, corroendo-se em lugar do ferro.
Essa propriedade confere à peça maior durabilidade uma vez que a corrosão do
zinco é de 10 a 50 vezes menos intensa do que a do aço na maioria das áreas
industriais e rurais e de 50 a 350 vezes em área marinhas.
O zinco pode ser aplicado por diversos processos, dentro os quais destaca-se a
zincagem por imersão a quente.
A zincagem por imersão a quente, também conhecida com galvanização, é o
processo onde o revestimento de zinco é obtido por meio da imersão da peça ou da
própria chapa de aço em um recipiente com zinco fundido a 460 ° C. O zinco adere à
superfície do aço por meio da formação de uma camada de liga Fe-Zn, sobre a qual
deposita-se uma camada de zinco pura quando da retirada da peça do banho.
A aplicação do zinco pode ser feita na própria chapa de aço ou no componente já
processado (perfilado, dobrado, furado, etc.).
O processo pode ser ainda contínuo, por meio da utilização de bobinas, ou semi-
contínuo, sendo que no segundo caso o banho é dado em chapas previamente
cortadas.
Quanto à espessura da camada de zinco, os processos de galvanização se mostram
também extremamente versáteis. Com já visto, a durabilidade da peça zincada
dependerá diretamente do tempo que levar o processo de oxidação da camada de
zinco. Enquanto ela existir, o aço estará protegido.
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Assim, quanto mais tempo se quiser proteger o material, ou ainda, quanto mais
agressivo for o meio, mais espessa tem que ser a camada de zinco.
4.3 Pintura
A proteção contra a corrosão por meio de pintura do aço por material não-metálico
tem por objetivo criar uma barreira impermeável protetora na superfície exposta do
aço.
Os materiais impermeáveis normalmente utilizados são esmaltes, vernizes, tintas e
plásticos.
Os esquemas de pintura geralmente obedecem às seguintes etapas:
- Limpeza da superfície: a vida útil do revestimento é função do grau de limpeza da
superfície do elemento a ser pintado. Pode variar desde uma simples limpeza por
solventes ou escovamento, até jateamento por granalha ao metal branco. Uma
limpeza de superfície de alta qualidade pode custar até 60% do custo do trabalho de
pintura. Na ausência de normas brasileiras, geralmente, são seguidas normas ou
especificações internacionais, tais como a especificação norte-americana SSPC –
"Steel Structures Painting Council" ou a norma sueca SIS – (05 50 00/1967) –
"Pictorial Surface Preparation Standards of Painting Steel Surface", que fornecem os
procedimentos para cada grau de limpeza.
• Revestimento primário ou "primer": tem como objetivo umedecer
adequadamente a superfície e provê-la de adesão à camada subsequente de
pintura. É um produto geralmente fosco, que contém pigmentos anticorrosivos
para conferir a proteção necessária ao substrato. O primer ("shop primer")
também é aplicado sobre uma peça para dar proteção durante o seu
armazenamento
• Camada intermediária: tem por objetivo fornecer espessura ao sistema,
aumentando o caminho dos agentes corrosivos. As tintas intermediárias
geralmente são neutras, isto é, não tem pigmentos anticorrosivos, nem
coloridos. São também denominadas tintas de enchimento, sendo mais
baratas do que os "primers” e do que as tintas de acabamento.
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• Camada final ou de acabamento: tem por objetivo dar aparência final ao
substrato, como cor e textura, podendo também atuar como barreira aos
agentes agressivos do meio ambiente.
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5 ESTUDO DE CASO – “AZINHAVRE”
Azinhavre, zinabre, azebre, cardenilho ou verdete é o nome dado à camada de cor
azul esverdeada resultante da oxidação do cobre ou ligas que contêm cobre, como o
latão.
Figura 05 – Estátua da Liberdade, nos Estados Unido s. Monumento apresenta alto grau de
oxidação (atmosfera marítima).
É possível forçar a criação deste pigmento azul esverdeado com a aplicação de
ácido acético em peças de cobre, formando o Acetato de Cobre. O azinhavre é
geralmente um Carbonato de Cobre básico, mas próximo ao mar, como a Estátua da
Liberdade (figura 05), é um Cloreto de Cobre. Caso haja ácido acético na atmosfera
o azinhavre pode ser considerado como Acetato de Cobre.
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5.1 Estudo de caso: geração de azinhavre em contato s de cobre e latão
aplicados na indústria eletro-eletrônica, (especifi camente em duchas
elétricas convencionais e duchas eletrônicas).
O azinhavre é comumente observado nos contatos metálicos para passagem de
corrente em duchas cujo tempo de uso já ultrapassa os seis meses de utilização. O
tempo de sua formação está diretamente ligado à qualidade da água que flui por
dentro do equipamento. Em regiões litorâneas, onde a água pode apresentar uma
salinidade mais elevada, este efeito ocorre com maior velocidade e agressividade.
Este efeito passa a ser prejudicial a partir da primeira manutenção da resistência,
quando a mesma rompe-se (queima) e deve ser substituída. Isto porque a vida útil
de uma resistência é, em média, 14 meses, tempo suficiente para a geração de uma
camada considerável de azinhavre. Quando retira-se a primeira resistência
danificada, nota-se que nos pontos de atrito entre os dois contatos não há a
formação de azinhavre, visto que a água e o ar úmido não têm acesso à estas
regiões. As demais partes do contato que ficaram expostas apresentam a típica cor
azul esverdeada. O azinhavre torna-se prejudicial porque sua camada formada age
como isolante elétrico, não permitindo a passagem de corrente. Observa-se que em
contatos com elevada presença de azinhavre o aquecimento devido à ineficiência de
condução de eletricidade pode chegar a ser duas vezes mais elevado que em
contatos normais, reduzindo drasticamente a vida útil dos sistemas condutores e,
consequentemente, do produto.
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Figura 6 – Exposição do estudo de caso
Parte exposta: apresentação de
azinhavre
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CONCLUSÃO
A corrosão está presente em quase todas as partes em que vivemos e na grande
maioria das áreas tecnológicas , bem como biológicas e em várias áreas existentes.
Além disso, ela acaba sendo um assunto muito importante e questionado em tempos
atuais, devido sua alta influência em desgaste em vários materiais, gerando custo,
conforme abordado.
Este seminário realizado nos mostra um estudo inicial da corrosão eletroquímica e
química, bem como um exemplo de corrosão industrial , para constatar e agregar o
conhecimento da parte teórica apresentada, na parte prática de trabalho.
Foi explanado sobre o tipo de corrosão e suas características principais e
apresentou-se um conteúdo mais abrangente quanto ao processo corrosivo, já que a
corrosão não é uma simples questão a ser abordada.
Ao falar de corrosão, necessariamente mostramos alguns meios de prevenção a sua
propagação, e também características de materiais contra sua ação.
Pode-se dizer que conseguimos aprender e obter mais conhecimento em processo
corrosivo , que por sua vez é essencial para nosso curso de Engenharia Mecânica.
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REFERÊNCIAS
Nunes, Laerce de Paula; Fundamentos de Resistência à Corrosão . Rio de
Janeiro; Interciência, IBP: ABRACO, 2007.
http://www.lmc.ep.usp.br/people/valdir/pef5736/corrosao/PROTE%C3%87%C3%83O
CORROS%C3%83O.html, acessado em 21/09/2011.
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