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CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS
Prof. Dr. Luciano Volcanoglo BiehlFURG - Escola de Engenharia
Grupo de Estudos em Fabricação e MateriaisRua Eng. Alfredo Huch, 475 - Centro, Sala 1317
CEP 96201-900 - Rio Grande - RS - Brasil
Fone: (053) 3233-8630 - (051)92598333HP:www.gefmat.furg.br
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Por que é importante estudar a corrosão?
Responsável pelos maiores prejuízos mundiais, a corrosãoprovoca, só no Brasil, um prejuízo da ordem de 10 bilhões dedólares anuais
Calcula-se que 20% do aço produzido anualmente em todo omundo presta-se a repor as peças atacadas por este terrívelmonstro que é tão temido pelos engenheiros.
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Antes de falarmos sobre a corrosão dos
materiais, principalmente a do ferro,vamos refletir sobre alguns pontos:
Existe ferro metálico na natureza?
O que é o aço e como ele é produzido?
O que é o ferro fundido?
Por que o aço e o ferro fundido são importantes?
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Existe ferro metálico na natureza?
Não, ele se apresenta na forma de óxidostais como: Hematita (Fe2O3), Magnetita
(Fe3O4), entre outros
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O que é o aço e como ele é produzido?
Aço é uma liga metálica formada
essencialmente por ferro e carbono, compercentagens deste último variando entre0,008 e 2,11%.
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FLUXOGRAMA DA PRODUÇÃO DE AÇO
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O que é o ferro fundido?
Também é uma liga de ferro ecarbono, mas com teor de carbonoentre 2,11% e 6,67%.
Por que o aço e o ferro fundido sãoimportantes?
Porque juntos representam 95% empeso da produção mundial de metal.
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A corrosão pode ser vista como nada mais que atendência ao retorno para um composto estável.
Assim, por exemplo, quando uma peça de açoenferruja, o ferro, principal componente, estáretornando à forma de óxido, que é o compostooriginal do minério.
Mas então, o que é a corrosão?
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Mas, antes de aplicar as medidas paraproteção, deve-se saber uma coisa:
Quais as causas da corrosão?
Vocês já devem saber que diferentes elementos possuempotenciais de oxidação diversos. Quanto maior o potencial de
oxidação de uma substância, maior será a sua tendência de seoxidar. Este é o mesmo princípio da pilhas.
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Muito bem, aí reside todo o fundamento dos processoscorrosivos, a formação de um par galvânico!!!
Por diferença de potencial (ddp) – O potencial de oxidaçãodo ferro, ao perder dois elétrons é de 0,44V. O queaconteceria se colocássemos um prego de ferro em contato
com um fio grosso de cobre (potencial de oxidação do cobreé de –0,34 V. )?
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Então o cobre, que possui maior tendência de ganhar elétrons do que o ferro e, por isso, o cobre ficaria protegidoenquanto o ferro iria sofrer corrosão.
Dada a experiência: Um prego de ferro ligado por um fio finoa uma peça de cobre. Ambos mergulhados em água com sal
dissolvido (para melhorar a passagem de corrente). No fimde alguns dias, vocês verão se formar uma laca alaranjada,que é o ferro que se oxidou.
Mas, não é só o ferro que se oxida. Se ao invés de ligar oprego de ferro a um pedaço de cobre, ligue-o a um pedaçode zinco (faça a experiência em casa). O potencial deoxidação do zinco? 0,76V. O zinco, nesse caso, é quem seoxida.
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Pergunta: O potencial de oxidação do alumínio é de 1,66V,o que é bastante alto, logo, como podemos empregar oalumínio em esquadrias, janelas, portas etc., se ele têmgrande tendência a sofrer corrosão? Por que ele não se
oxida?Resposta: Quem disse que ele não se oxida? Em fato, empresença de oxigênio da atmosfera, o alumínio reage daseguinte forma:
4 Al + 3 O2 –> 2 Al2O3
O que acontece é que a ferrugem – uma mistura de diversos óxidos de ferro,como o FeO e o Fe2O3 – forma uma camada porosa, e por entre os “poros”
penetra mais moléculas de oxigênio que irão atacar o ferro metálico formandomais ferrugem etc e tal. No caso do alumínio é diferente, o óxido de alumínio
formado (também chamado de alumina) forma uma película vedante eimpermeável, ou seja, nada passa por ela; impedindo assim que o oxigênioataque mais alumínio. Por isso o alumínio possui uma tonalidade fosca. Essaidéia é empregada na fabricação de aço inoxidável (ou aço inox), que possuiuma percentagem de cromo (mínimo de 11%), pois o cromo forma também um
óxido impermeável.
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CUIDADO !!!
Os íons cloreto dissolvem esta camada de óxido dealumínio. Por isso, as esquadrias que vão ser instaladas em
regiões litorâneas têm que receber uma camada deproteção para que não sofra ataques da maresia, que é agrande inimiga das instalações metálicas à beira-mar.
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É A DETERIORAÇÃO E A PERDA DEMATERIAL DEVIDO A AÇÃO QUÍMICA OUELETROQUÍMICA DO MEIO AMBIENTE,ALIADO OU NÃO A ESFORÇOS
MECÂNICOS.
Vamos a uma definição mais ampla
da corrosão metálica:
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CORROSÃO METÁLICA
A deterioração leva: Ao desgaste
À variações químicas na composição
À modificações estruturais
Em geral a corrosão éum pro cesso espon tâneo
O Engenheiro deve:
Saber como evitar condições de corrosãosevera
Proteger adequadamente os materiais
contra a corrosão
Modificam as
propriedadesdos materiais
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FORMAS DE CORROSÃOA forma auxilia na determinação do
mecanismo de corrosão
Uniforme
a corrosão ocorre em toda aextensão da superfície
Por placas forma-se placas comescavações
Alveolar produz sulcos de escavaçõessemelhantes à alveolos (tem fundoarredondado e são rasos)
Puntiforme ocorre a formação depontos profundos (pites)
Intergranular ocorre entre grãos
Intragranular a corrosão ocorre nosgrãos
Filiforme a corrosão ocorre na forma
de finos filamentos
Por esfoliação a corrosão ocorreem diferentes camadas
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PRINCIPAIS MEIOS CORROSIVOS* Todos esses meios podem ter características ácidas, básicas ou
neutras e podem ser aeradas.
Atmosfera (poeira, poluição, umidade,
gases:CO, CO2, SO2, H2S, NO2,...) Água (bactérias dispersas: corrosão
microbiológica; chuva ácida, etc.)
Solo (acidez, porosidade)
Produtos químicos
Um determ inado meio pode ser extremamente
agress ivo , sob o ponto de vis ta da cor ro são, para um
determ inado materia l e inofensivo para outro.
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PRODUTOS DA CORROSÃO Muitas vezes os produtos da corrosão são requisitos
importantes na escolha dos material para determinada
aplicação. Alguns exemplos onde os produtos da corrosão são
importantes:
Os produtos de corrosão dos materiais usados paraembalagens na indústria alimentícia deve não ser
tóxico como também não pode alterar o sabor dosalimentos.
Pode ocorrer, devido a corrosão, a liberação de gasestóxicos e inflamáveis (riscos de explosão)
Materiais para implantes de ossos humanos, implante
dentário, marcapassos, etc.
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MECANISMOS DA CORROSÃO
Mecanismo Químico (AÇÃOQUÍMICA)
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 decompostos.
A corrosão química pode ser por: Dissolução simples exemplo: dissolução do Cobre em
HNO3
Dissolução preferencial exemplo: dissoluçãopreferencial de fases ou planos atômicos
Formação de ligas e compostos (óxidos, íons, etc.), naqual se dá geralmente por difusão atômica
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CONSIDERAÇÕES SOBRE
DISSOLUÇÃOA dissolução geralmente envolve solventes. Exemplo: a gasolina
dissolve mangueira de borracha.
a-Moléculas e íons pequenos se dissolvem mais facilmente. Exemplo: sais são bastante solúveis
b-A solubilidade ocorre mais facilmente quando o soluto e o solventetem estruturas semelhantes.
Exemplo: Materiais orgânicos e solventes orgânicos (plástico +acetona)
c-A presença de dois solutos pode produzir mais solubilidade queum só.
Exemplo: CaCO3 é insolúvel em água, mas é solúvel em água maisCO2 formando ácido carbônico.
d- A velocidade de dissolução aumenta com a
temperatura
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EXEMPLO DE CORROSÃO P/ AÇÃO
QUÍMICA: OXIDAÇÃO SECA
A oxidação ao ar seco não se constitui corrosãoeletroquímica 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 aoxidação continue (barreira para a entrada de O2).
Essa camada passivadora é fina e aderente.
A ox id ação só se p rocessa por d ifusão do ox igênio
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EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM CAMADAPASSIVADORA DE ÓXIDO, COM PROTEÇÃO
EFICIENTE
Al
Fe a altas temp. Pb
Cr
Aço inox Ti
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EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM CAMADAPASSIVADORA DE ÓXIDO
COM PROTEÇÃO INEFICIENTE
Mg
Fe
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OXIDAÇÃO DO FERRO AO AR SECO
F e + ½ O2 FeO T= 1000 C
3Fe + 2O2 Fe3O4 T= 600 C
2Fe + 3/2 O2 Fe2O3 T= 400 C
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CORROSÃO ELETROQUÍMICA
– As reações que ocorrem na corrosãoeletroquímica envolvem transferência deelétrons. Portanto, são reações anódicas ecatódicas (REAÇÕES DE OXIDAÇÃO EREDUÇÃO)
– A corrosão eletroquímica envolve apresença de uma solução que permite omovimento dos íons.
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CORROSÃO ELETROQUÍMICA
O processo de corrosão eletroquímica édevido ao fluxo de elétrons, que se deslocade uma área da superfície metálica para aoutra. Esse movimento de elétrons é devido
a diferença de potencial, de naturezaeletroquímica, que se estabelece entre asregiões.
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EXEMPLO DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA
OXIDAÇÃO REDUÇÃO
SÉRIE GALVÂNICA
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SÉRIE GALVÂNICA
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CORROSÃO ELETROQUÍMICA:TIPOS DE PILHAS OU CÉLULAS
ELETROQUÍMICAS
Pilha de corrosão formada por materiais denatureza química diferente
Pilha de corrosão formada pelo mesmomaterial, mas de eletrólitos de concentraçãodiferentes
Pilha de corrosão formada pelo mesmomaterial e mesmo eletrólito, porém com teoresde gases dissolvidos diferentes
Pilha de corrosão de temperaturas diferentes
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-Pilha de corrosão formada por materiais de naturezaquímica diferente
É também conhecida como corrosão galvânica
A diferença de potencial que leva à corrosãoeletroquímica é devido ao contato de doismateriais de natureza química diferente empresença de um eletrólito.
Exemplo: Uma peça de Zn e outra de Ferroem contato, imersas em água salgada. O
Zinco tem maior tendência de se oxidar que o
Fe, então o Zn sofrerá corrosão intensa.
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FORMAÇÃO DE PARES GALVÂNICOS
Quanto mais separados na série galvânica, maior a ação
eletroquímica quando estiverem juntos.
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MEIOS DE PREVENÇÃO CONTRA A
CORROSÃO GALVÂNICA
- Evitar contato metal-metal coloca-se entreos mesmos um material não-condutor(isolante)
- Usar InibidoresUsa-se principalmente o
componente é usado em equipamentosquímicos onde haja líquido agressivo.
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EFEITOS DA MICROESTRUTURA
CORROSÃO INTERGRANULAR
O contorno de grãofunciona comoregião anódica,devido ao grandenúmero de
discordânciaspresentes nessaregião.
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EFEITOS DA MICROESTRUTURA
A presença de
diferentes fasesno material, leva adiferentes f.e.m ecom isso, napresença de meios
líquidos, podeocorrer corrosãopreferencial deuma dessas fases.
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EFEITOS DA MICROESTRUTURA
Diferenças
composicionaislevam a diferentespotenciaisquímicos e com
isso, na presençade meios líquidos,pode ocorrercorrosãolocalizada.
Exemplo: Corrosão
intergranular no Aço inox
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EFEITOS DAS TENSÕES A presença de
tensões levam a
diferentes f.e.m e comisso, na presença demeios líquidos, podeocorrer corrosãolocalizada.
A região tensionadatêm um maior númerode discordâncias, e omaterial fica maisreativo.
EX: região de solda, dobras, etc
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EXEMPLOS DE CORROSÃO SOB TENSÃO
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PRINCIPAIS MEIOS DE PROTEÇÃOCONTRA A CORROSÃO
PINTURAS OU VERNIZES
RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTROMETAL MAIS RESISTENTE À CORROSÃO
GALVANIZAÇÃO: Recobrimento com ummetal mais eletropositivo (menos resistenteà corrosão)
PROTEÇÃO ELETROLÍTICA OU PROTEÇÃOCATÓDICA
PROTEÇÃO ANÓDICA
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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 aramescom Cobre, etc.
Dependendo do revestimento e do material
revestido, pode haver formação de uma pilhade corrosão quando houver rompimento dorevestimento em algum ponto, acelerandoassim o processo de corrosão.
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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. Após, atua como cátodo, fazendo então que o aço atue como ânodo, corroendo-se.
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PROTEÇÃO GALVÂNICARecobrimento com um metal mais eletropositivo
(menos resistente à corrosão)
separa o metal domeio.
Exemplo: Recobrimento do açocom Zinco.
O Zinco é mais eletropositivoque o Ferro, então enquantohouver Zinco o aço ou ferro
esta protegido. Veja ospotenciais de oxidação do Fee Zn:
oxi do Zinco= + 0,763 Volts
oxi do Ferro= + 0,440 Volts
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PROTEÇÃO ELETROLÍTICA OU
PROTEÇÃO CATÓDICA
Utiliza-se o processo de formação de paresmetálicos (UM É DE SACRIFÍCIO), queconsiste em unir-se intimamente o metal a ser protegido com o metal protetor, o qual deveser mais eletropositivo (MAIOR POTÊNCIAL
DE OXIDAÇÃO NO MEIO) que o primeiro, ouseja, deve apresentar um maior tendência desofrer corrosão.
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FORMAÇÃO DE PARES METÁLICOS
É muito comum usar ânodos de sacrifícios emtubulações de ferro ou aço em subsolo e emnavios e tanques.
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Proteção Catódica por Corrente Impressa
Além dos retificadores de corrente, podem tambémser utilizados como fontes de f.e.m. as unidadesgeradores alimentadas a gás, os geradorestermo-elétricos, os geradores movidos a vento ououtro tipo qualquer de equipamento capaz de
fornecer a corrente contínua necessária.
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ÂNODOS DE SACRIFÍCIO MAIS
COMUNS PARA FERRO E AÇO
Zn
Al
Mg
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Projetos desenvolvidos no GEFMat naárea de corrosão
ESTUDOS SOBRE REVESTIMENTOS POR SOLDAGEMAPLICADAS A EQUIPAMENTOS EXPOSTOS A MEIOSCORROSIVOS;
AVALIAÇÃ O DA CORROSÃ O - FADIGA EM AÇOS
REVESTIDOS POR SOLDAGEM APLICADOS À
INDÚSTRIA NAVAL;
DESENVOLVIMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TESTES EMCORROSÃO IN LOCO EM AMBIENTE MARINHO.