A.Simões - 2006 5.1
Cap. 5 - Prevenção da Corrosão1. Selecção de Materiais 2. Alteração do Meio3. Desenho de Estruturas4. Alteração do Meio5. Inibidores de Corrosão6. Protecção Catódica7. Protecção Anódica8. Revestimentos e Tratamentos de Conversão9. Protecção Conjugada
Fontana, cap 6
A.Simões - 2006 5.2
1. Selecção de Materiais
Tipo de aplicaçãoQual a função?Qual o efeito de corrosão uniforme?Alterações na aparência, dimensão ou produtos de corrosão problemáticas?Corrosão localizada problemática?CST possível?Há tensões aplicadas?Longevidade esperada?
Variáveis do meioConstituintes principais (ID e concentração)ImpurezasTemperaturapHGrau de arejamentoVelocidade de agitaçãoPressão
Desenho compatível com o comportamento do material?
A.Simões - 2006 5.3
1. Selecção de Materiais
ExperiênciaO material já foi usado em situações idênticas?
Quais os resultados?
O material foi aplicado em situações semelhantes?Há alguma experiência com instalação-piloto?Há relatórios disponíveis?Foram efectuados testes laboratoriais?
A selecção final resulta de um compromisso entre os factores técnicos e económicos.Fases da selecção:
1. Lista dos requisitos2. Selecção e avaliação dos materiais candidatos3. Selecção do material mais económico
A.Simões - 2006 5.4
Prevenção da Corrosão/ 1. Selecção de Materiais
Aço ”inoxidável”: 1. Não é inoxidável2. Não é o material com melhor resistência à corrosão3. Não é uma liga específica (13–30% Cr; 0–22% Ni)
A selecção criteriosa de um material para um dado meio é um ponto fundamental na durabilidade da estrutura.
Susceptibilidade a corrosão localizada (picadas, CST, intersticial, intergranular) >> aço macio
Meios com iões Cl- e/ou estruturas sob tensão: aços inox têm em geral desempenho inferior ao aço macio.
A.Simões - 2006 5.5
Selecção de Materiais
Associações metal/meio reconhecidamente eficazes, ex:
Aços inox - ácido nítricoNíquel e suas ligas - meios cáusticosMonel (ligas Ni) - ácido fluorídricoHastelloys (Ni-Mo, Cr) - HCl quenteChumbo - H2SO4 diluídoEstanho - água destiladaTitânio - soluções fortemente oxidantes, a quenteTântalo - quase todos os meios(comparável ao vidro: todos os meios excepto cáusticos e HF)Aço - H2SO4 concentrado (> 90%)
A.Simões - 2006 5.6
Ti e Ta - Diagramas de Pourbauix
A.Simões - 2006 5.7
Prevenção da Corrosão / 1. Selecção de Materiais
Outras regras gerais:
-Meios redutores, ácidos desarejados em meios aquosos:Ni, Cu e suas ligas
-Meios oxidantes: Cr
-Meios muito oxidantes: Ti e suas ligas
Literatura e Bases de Dados:
-Pierre Roberge, Handbook of Corrosion Engineering, McGraw-Hill
-COR.SUR database (NACE, USA)
A.Simões - 2006 5.8
Prevenção da Corrosão / 1. Selecção de Materiais
CONSULTA A BASES DE DADOS
P.Roberge, Handbook of Corrosion Engineering
A.Simões - 2006 5.9
CONSULTA A BASES DE DADOS
P.Roberge, Handbook ofCorrosionEngineering
A.Simões - 2006 5.10
1. Selecção de Materiais
Em geral os metais puros são mais resistentes àcorrosão (mas más propriedades mecânicas)
Não-metais: Em geral borrachas e plásticos mais resistentes a HCl e menos H2SO4 e a HNO3. Mau comportamento com solventes orgânicos. Limitações a T elevada.
Grafite: boa resistência à corrosão, boa condutividade térmica e eléctrica; fragilidade
Madeira:Quimicamente reactiva.
A.Simões - 2006 5.11
Prevenção da Corrosão/ 2. Alteração do Meio
Baixar a temperaturaexcepção: ebulição (retira o oxigénio)água do mar em ebulição < água do mar a T ambiente
Baixar a velocidade Estagnação > Fluxo (metais passivos) < Erosão
Remover oxigénio e oxidantesTratamentos com vácuo, lavagem com gases inertes.Desaconselhado nos metais passivos
Baixar a concentraçãoEx: água em reactores nucleares, remoção de cloretoshá excepções, ex: ácido nítrico concentrado – ferro
Água destilada mais corrosiva do que água potável
A.Simões - 2006 5.12
Prevenção da Corrosão/ 3. Desenho de Estruturas
- Espessura da parede- Soldadura preferível a junta com rebite (!)- Tanques com facilidade de escoamento e limpeza- Desenhar os sistemas de modo a facilitar a substituição de
componentes- Evitar tensões mecânicas- Evitar contacto entre metais diferentes, ou usar isolamento
entre eles- Evitar cotovelos fechados nas tubagens sempre que há altas
velocidades e /ou sólidos em suspensão.- Evitar pontos quentes
(geram corrosão e tensões mecânicas na estrutura)
- EVITAR HETEROGENEIDADES
A.Simões - 2006 5.13
Prevenção da Corrosão/ 3. Desenho de Estruturas
A.Simões - 2006 5.14
Prevenção da Corrosão/4. Uso de InibidoresDef: substância que, adicionada em pequenas concentrações, a um meio corrosivo, provoca uma diminuição da velocidade de corrosão (oposto de catalisador)
Inibidores catódicosInibidores anódicosInibidores mistos
-Normalmente actuam por adsorção na superfície, diminuindo a área livre para a corrosão → é importante usar a quantidade certa.
Inibidores em fase vaporFuncionam apenas em espaços fechados.Vaporizam-se e adsorvem-se na superfície.
Muitos inibidores são tóxicos (ex: sais de As) - legislação europeia !!Normalmente perdem efectividade quando as condições se alteram.
Aconselháveis apenas em meios fechados (circuitos de arrefecimento....)
A.Simões - 2006 5.15
Prevenção da Corrosão/ 4. Uso de Inibidores- Inibidores específicos de uma reacção de uma reacção
reacção de redução do hidrogénio.(As,Sb): actuam apenas em meio ácido
- Sequestradores de Oxigénio (scavengers)
2 Na2SO3 + O4 → 2 Na2SO4
N2 H4 + O2 → N2 + 2 H2O
não são eficientes em meios ácidos
- Oxidantes: cromato, nitrato, sais férricossó para metais com comportamento activo-passivo
A.Simões - 2006 5.16
Inibidores Orgânicos - exemplos
A.Simões - 2006 5.17
Inibidores
Cério: Inibição catódicaZonas catódicas com subida do pHPrecipitação do Ce(OH)3
A.Simões - 2006 5.18
Efeito dos inibidores no potencial de corrosão
E
Log |i|
E
Log |i|
E
Log |i|
Inbidor Anódico Inibidor Catódico Inibidor Misto Ecorr sobe E corr desce Ecorr mantém-se
Questão: como são afectadas as curvas de polarização experimentais ?
A.Simões - 2006 5.19
Protecção por inibidores
Eficiência de inibição
i0: sem inibição ; i: com inibiçãoTambém pode ser calculado com base nas intensidades de corrente
%100i
ii0
0 ×−
=η
A.Simões - 2006 5.20
Prevenção da Corrosão/ 5. Protecção Catódica
M Ø Mn+ + ne-
2 H+ + 2e- Ø H2
1. Ânodos Sacrificiais ( Zn, Mg, Al )
2. Correntes impostas
Humphrey Davy (~1820): protecção de componentes de cobre em navios da Armada Britânica
Aplicações: NaviosEstruturas enterradas ou imersas, tubagens, tanquesPortos; betões
Aplicável a situações de corrosão moderada: fornecimento de corrente elevadogrande alcalinização do meio
A.Simões - 2006 5.21
Prevenção da Corrosão/ 5. Protecção CatódicaÂnodos sacrificiais
Corrente devida a fluxo electrónico
Cabo de cobre revestido
EnchimentoCarvão ou bentoniteAumenta áreaMantém humidade
Corrente iónica no solo
Ânodo SacrificialMg, Al, ZnSubstituído regularmente
Tubo de aço (cátodo)
Nível do solo
A.Simões - 2006 5.22
Ânodos Potenciais de equilíbrio:
Zinco -1.0 V vs ESC
Alumínio -1.90 V
Magnésio -2.61V
Estes metais encontram-se no fundo das séries galvânicas.Usados como ligas.
A.Simões - 2006 5.23
Protecção sacrificial
A.Simões - 2006 5.24
5. Protecção Catódica – Ânodos sacrificiais
Navios/Tanques
Tubagens
A.Simões - 2006 5.25
Formação de pares galvânicos: protecção catódica
A.Simões - 2006 5.26
Protecção catódica – ânodos sacrificiais
Nota: neste diagrama não tomamos em conta a proporção de áreas, mas é um factor importante
A.Simões - 2006 5.27
Protecção catódica sacrificial:
Distância maior:Maior área protegidaMaior queda ohmicaAplicação de vários ânodos
Ânodo: M Ø Mn+ + neCátodo: 2H+ + 2e Ø H2
O2 + 2 H2O + 4e Ø 4 OH-
A.Simões - 2006 5.28
Ânodos sacrificiais: Grau de protecção vs. distância
A.Simões - 2006 5.29
Protecção catódica – ânodos sacrificiaisVantagens:
Não necessita de fontes de alimentaçãoBaixa manutençãoAuto-regulaçãoBaixo risco de sobre-protecçãoDistribuição de potencial relativamente uniformeInstalação fácilBaixo custo
Limitações:Intensidade de corrente limitadaPossibilidade de aumento do peso se directamente ligadosNecessidade de instalação de vários ânodos (resistência alta ou estrutura grande)Necessidade de substituição regular dos ânodos
A.Simões - 2006 5.30
5. Protecção Catódica: correntes impostas
Correntes Impostas
Cátodo
corrente iónica
Nível do solo
enchimento
Ânodo inerteou consumível
Transformador - rectificadorcorrente DC
Cabo condutor isolado
Corrente
A.Simões - 2006 5.31
5. Protecção Catódica : correntes impostas
Estrutura Meio Condições I (mA/m2)
Tanque H2SO4 a quente Estático 548000
Tubagens e tanques Solo (enterrado) Estático 10 - 30
Tubagens Água limpa Fluxo 50 -100
Sists. aquecimento de
água
Água limpa quente Fluxo lento 10 - 40
Estacas Água do mar Zona de marés 60 - 90
Aço de reforço de betão betão estático 1 - 5
A.Simões - 2006 5.32
5. Protecção Catódica: Correntes impostas
A.Simões - 2006 5.33
Protecção catódica – Efeito de correntes parasitas
A.Simões - 2006 5.34
Ânodo: 2 H2O Ø O2 + 4H+ + 4e2 Cl- Ø Cl2 + 2eM Ø Mn+ + ne
Cátodo: 2H+ + 2e Ø H2O2 + 2 H2O + 4e Ø 4 OH-
Ânodos:Metais platinizadosTiGrafiteZincoAço-CrAlumínio
A.Simões - 2006 5.35
Protecção catódica – correntes impostas
Vantagens:Permite correntes elevadasFacilidade de ajustar o nível de protecçãoÁreas de protecção grandesBaixo nº de ânodos, mesmo em maios de alta resistividadePode ser usado em estruturas com revestimentos deficientes
Limitações:Risco elevado de interferênciasManutenção média/ altaRisco de ligações incorrectasFonte de alimentação externaCustos de instação médios/ altos (fornecimento de energia, fonte de alimentação, cabos…)Instalação mais complexa e menos robusta ( vs. ânodos sacrifício)
A.Simões - 2006 5.36
Protecção catódica – correntes impostas em aço pintado
Potencial Condição do aço(V vs Cu/CuSO4)
-0.5 a – 0.6 Corrosão intensa-0.6 a – 0.7 Corrosão-0.7 a – 0.8 Alguma protecção-0.8 a – 0.9 Protecção catódica-0.9 a – 1.1 Sobreprotecção-1.1 a – 1.4 Sobreprotecção destrutiva, com risco de
destruição de revestimentos e fragilização do aço
A.Simões - 2006 5.37
Prevenção da Corrosão/ 6. Protecção Anódica
(Edeleanu, 1954)
Exclusivamente para metais com comportamento activo/passivo. Ni, Fe, Cr, Ti, e suas ligas.
Necessária a aplicação de um potencial na zona de estabilidade do óxido passivante.
Potenciostato:aparelho electrónico que mantém o metal a um potencial constante relativamente a um eléctrodo de referência.
Riscos:Vizinhança dos limites do patamar passivo.Alteração do meio (T, Concentração)Contaminação com espécies agressivas.
A.Simões - 2006 5.38
Prevenção da Corrosão
P. Anódica:Aplicável a meios desde baixa a muito alta agressividade; Baixo consumo energéticoEquipamento mais caro (potenciostato)Melhor poder de repartição (peças de forma irregular)Sensível a alterações do meio (perda de comportamento activo-passivo)
P. Catódica: Só para meios medianamente corrosivos(exige correntes elevadas, que aumentam com a agressividade do meio)Necessidade de ânodos múltiplos para proteger forma irregular.Perigo: fragilização pelo hidrogénio ; excessiva alcalinização do meio; presença de H2 , potencialmente explosivo.
A.Simões - 2006 5.39
Prevenção da Corrosão / 7. Revestimentos
- Protecção Sacrificial- Protecção Barreira
a) Revestimentos Metálicos e Inorgânicos(Al, Ni, Cr, Zn, Cd, latão, Au, Ag, Pt)
- Electrodeposição : deposição electrolítica- Metalização (flame spraying): fusão sob chama + projecção- Folheamento (cladding) ex: liga de Al sobre Al puro; Ni/ Fe- Imersão a quente (hot dipping): caso da galvanização a quente- Deposição de vapor - PVD e CVD (câmara de vácuo; metal é vaporizado electricamente e depois depositado sobre a superfície)
PVD: Physical Vapour DepositionCVD: Chemical Vapour Deposition
A.Simões - 2006 5.40
Revestimentos
Conversão Químicaanodização (Al2O3)fosfatação (ác. Fosfórico)cromatação (ác. Crómico e dicromatos)
- Aplicação de Plasma- Deposição de pó (sputtering)- Implantação Iónica: aplicação de feixe de iões - Tratamentos com Laser
(formação superficial de ligas)
A.Simões - 2006 5.42
Prevenção da Corrosão/ 7. Revestimentos
b) Revestimentos Orgânicos : Tintas, vernizes
Protecção: ACTIVA / PASSIVA
Protecção Activa: inibidores solúveis em água; penetram até à interface metal/revestimentoProtecção Passiva: Efeito barreira
Recomendadas para meios pouco agressivos → perigo dos defeitos
- Alquídicas, epoxídicas, poliamidas, poliéster.
Tintas sem solvente (2 componentes).Tintas de base aquosa.
Bando de aço pré-revestida
A.Simões - 2006 5.43
Revestimentos Orgânicos
Aplicação:Preparação da superfíciePré-tratamento – aderência/protecção activaPrimário – efeito inibidor/aderênciaAcabamento – efeito barreira
A.Simões - 2006 5.44
Prevenção da Corrosão/ 8. Protecção conjugada
Consiste na protecção usando mais de uma técnica anti-corrosiva.
Ex:
Revestimento orgânico + protecção catódica
Inibidores + protecção catódica
Revestimento orgânico + Inibidores
Etc…
