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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química São João Del Rei, 2016

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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Fernando Tomaz de Abreu

Estudo das propriedades da tinta epóxi

Nb2O5 aplicada na indústria química

São João Del Rei, 2016

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Fernando Tomaz de Abreu

Estudo das propriedades da tinta epóxi

Nb2O5 aplicada na indústria química

Dissertação apresentada ao curso de

pós-graduação strictu sensu da

Universidade Federal de São João Del-

Rei, como requisito para a obtenção do

título de Mestre em Engenharia

Mecânica

Área de Concentração: Materiais e

processos de Fabricação

Orientador: Prof. Dr. Alysson Helton

Santos Bueno

São João Del Rei, 2016

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São João Del Rei, 2016

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A Deus, aos meus pais e a Vívian pelo incentivo

e apoio incondicional durante todos esses

momentos.

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Leve na sua memória para o resto de sua vida, as coisas boas que surgiram no meio

das dificuldades. Elas serão uma prova de sua capacidade em vencer as provas e

lhe darão confiança na presença divina, que nos auxilia em qualquer situação, em

qualquer tempo, diante de qualquer obstáculo.

Chico Xavier

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AGRADECIMENTOS

A Deus, por me guiar em todos os momentos e iluminar os meus caminhos ao

longo de minha vida.

A Maria, por passar na frente nos momentos de dificuldades e resolver tudo

aquilo que não estava em meu alcance e minha capacidade se limitava;

Aos meus pais Antônio e Maria, que sempre me incentivaram a alcançar meus

objetivos, sempre me alicerçando com bons exemplos de vida;

A minha querida Vívian, pelo amor e apoio incondicional durante todos esses

momentos de dificuldades e alegrias;

Ao Prof. Dr. Alysson Bueno, pela orientação e amizade durante todos esses

anos de pesquisa nos laboratórios da UFSJ;

Ao amigo Eng. Miguel Resende, pelo incentivo as boas práticas de engenharia

e por apoiar esse trabalho desde o momento de sua concepção;

A Eng.Tânia Fernandes, incentivadora singular desse trabalho e da pesquisa

científica aplicada a soluções para a indústria;

Ao Prof. Luiz de Miranda, pela benevolência no compartilhamento de seus

conhecimentos científicos e pelo apoio ímpar as pesquisas relacionadas ao

nióbio;

Ao colega Eng. Rhuan Souza, pela amizade e determinação na execução dos

ensaios e obtenção de melhores resultados desse trabalho;

Ao também colega Eng. Emílio Dias que contribui para execução dos

procedimentos técnicos no LCM-UFSJ;

A colega Aline Bonaccorsi, que também participou dos procedimentos técnicos

realizados em laboratório;

A UFSJ por nos fornecer toda a base para o desenvolvimento intelectual e

científico ao longo desses anos de trabalho;

CAPES/CNPQ por auxiliar financeiramente no desenvolvimento da pesquisa;

A AMG-LSM pelo apoio financeiro e disponibilização da sua planta e recursos

para o início dos testes em campo;

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RESUMO

A degradação acelerada do parque fabril por corrosão é um dos maiores desafios

enfrentados pelas indústrias químicas nos dias atuais. A principal causa é a operação

e manuseio de insumos altamente oxidantes, que são essenciais para o processo

produtivo.

Diversas metodologias foram propostas ao longo dos anos na tentativa de se

reduzir os problemas relacionados com o processo corrosivo. Partindo do pressuposto

que não conseguimos alterar o meio corrosivo, na grande maioria dos casos, tenta-se

a substituição de materiais, aplicação de revestimentos metálicos, cerâmicos e

plásticos, além da tradicional pintura industrial. O método que apresenta os melhores

resultados é a pintura industrial, sendo o de maior utilização em todo o mundo,

principalmente pela facilidade de aplicação em ambientes fabris, aliada a manutenção

simplificada e custos razoáveis. No entanto, mesmo se destacando entre todos os

métodos, para ambientes de alta agressividade da indústria química, as soluções em

tintas não apresentam desempenho completo protetor. Essa lacuna existente abre

espaço para o surgimento das tintas epóxi pigmentadas com pentóxido de nióbio.

Essa classe de revestimento associa a boa resistência química e proteção por barreira

das resinas epóxi com a excelente resistência a corrosão do Nb2O5.

Neste trabalho as características e propriedades das tintas epóxi pigmentadas

com Nb2O5 foram investigadas por meio de técnicas específicas para avaliação da

película e do pentóxido de nióbio. A metodologia adotada considerou o estudo dos

revestimentos diretamente em campo, nesse caso na indústria química AMG. Para

completa cognição de todas características da película e do óxido foram realizados

vários procedimentos em laboratório.

O estudo realizado permitiu identificar procedimentos e ensaios padrões para

avaliação das características das películas epóxi, em especial a resistência a

corrosão. Foi possível também compreender os mecanismos de proteção

anticorrosiva proporcionado pela adição do pigmento de Nb2O5 na formulação da tinta.

Identificou-se a grande probabilidade de proteção anticorrosiva das tintas epóxi-Nb2O5

nos principais ambientes das indústrias químicas, apresentando viabilidade técnica e

econômica de aplicação.

Palavras chave: Tinta epóxi-NbO5; Pintura industrial; Nióbio; corrosão.

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ABSTRACT

The accelerated degradation of the industrial park by corrosion is one of the biggest

challenges faced by chemical industries today. The main cause is the operation and

handling of highly oxidizing inputs, which are essential for the production process.

Several methods have been proposed over the years in an attempt to reduce the

problems related to the corrosion process. Assuming that we can not change the

corrosive medium, in most cases the alternatives chosen are: replacement of

materials, application of metallic, ceramic, plastic coatings and industrial painting

traditional. The method that provides the best results is the industrial painting, with the

greater use throughout the world, primarily by ease of application in industrial

environments, combined with reasonable costs and simplified maintenance. However,

even if emphasizing among all of the methods for aggressive chemical environments,

solutions inks not exhibit complete protection. This gap opens up space for the

emergence of epoxy pigmented inks with niobium pentoxide. This coating class

combines good chemical resistance and barrier protection of epoxy resins with the

excellent corrosion resistance of Nb2O5.

In this work the characteristics and properties of epoxy pigmented inks with Nb2O5

were investigated by means of specific techniques to evaluate the film and niobium

pentoxide.

The methodology considered the study of coatings directly in the field, in this case the

chemical industry AMG. For a complete understanding of film and oxide characteristics

were performed several procedures in the laboratory.

The study allowed identification the procedures and testing standards for evaluating

the characteristics of the epoxy films, especially corrosion resistance.

It was also possible understand the corrosion protection mechanisms provided by the

addition of pigment Nb2O5 in the ink formulation. It was identified the high probability

of corrosion protection epoxy-Nb2O5 paints in the main environments of the chemical

industry , with technical and economic feasibility of application.

Keywords: Epoxy-NbO5 coating; Industrial painting; Niobium; Corrosion.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Ciclo dos metais (Adaptado de NUNES, 2012). ......................................................... 22

Figura 2 – Taxa de corrosão para o aço carbono com composições distintas em soluções de

H2SO4. .................................................................................................................................................. 25

Figura 3 - Impermeabilidade de um revestimento. ........................................................................ 35

Figura 4 - Constituintes das tintas (Adaptado de HARE,1994) ................................................... 37

Figura 5 - Reação de formação da resina epóxi (Adaptado de FORSGREEN,2006). ............ 42

Figura 6 - Principais reações entre o grupo epóxi e uma amina primária. ................................ 43

Figura 7 - Diagrama de equilíbrio potencial-pH para o sistema Nb-H2O, a 25°C (CONDE ... 47

Figura 8 - Poliformismo do Nb2O5 (LOPES, 2003). ....................................................................... 57

Figura 9 - Projeção do Nb2O5 na forma T (LOPES, 2003). ........................................................ 58

Figura 10 - Estrutura do Nb2O5 na forma H. Octaedro Nb2O6 no sítio tetraédrico .................. 58

Figura 11 - Diagrama de equilíbrio potencial-pH para o sistema Nb-H2O, a 25°C (adaptado

POURBAIX, 1974). ............................................................................................................................. 60

Figura 12 - Curva de iso-corrosão (0,13mm/ano) do Nb e outros materiais em soluções de

ácido sulfúrico (Niobium Science & Technology, 2001) ............................................................... 62

Figura 13 - Curva de iso-corrosão (0,13 mm/ano) do Nb e outros materiais em soluções de

ácido clorídrico (Niobium Science & Technology, 2001).............................................................. 63

Figura 14 - Circuito equivalente geral, proposto por BEAUNIER (Beaunier et. al., 1976), onde

na literatura Zf = Rp. .......................................................................................................................... 68

Figura 15 - Corrente de resposta senoidal em um sistema linear. ............................................ 68

Figura 16 – Corrente de resposta em um sistema linear (Parquet, 2005) ................................ 69

Figura 17 – Gráfico de Nyquist como o vetor impedância (Parquet, 2005). ............................. 70

Figura 18 - Diagramas de Nyquist característicos: A) Resistência eletroquímica; B) Arco

capacitivo; C) Duplo arco capacitivo; D) Vetor de Warburg ........................................................ 71

Figura 19 - Diagrama esquemático do ensaio de potencial vs tempo. ..................................... 72

Figura 20 - Pentóxido de Nb2O5 fornecido pela empresa AMG. ................................................. 74

Figura 21 - ICP-OAS 8300 Optima - AMG Brasil. ......................................................................... 75

Figura 22 - Microscópio eletrônico de varredura Hitachi/módulo EDS Bruker– LCM/UFSJ ... 76

Figura 23 - Conjunto mesa vibratória e peneiras LCM/UFSJ. ..................................................... 76

Figura 24- Amostra de Nb2O5. .......................................................................................................... 77

Figura 25 –TGA modelo DTG-60H Lates UFSJ ............................................................................ 78

Figura 26 - Medidor de espessura seca Instrutherm ME-215. .................................................... 81

Figura 27 - Ultra micro durômetro Shimadzu, modelo DUH-211S UFSJ/LCM. ........................ 81

Figura 28 – Pull off Defelsko positest AT-A. .................................................................................. 82

Figura 29 - Modelos de corpos de provas para os ensaios acelerados de corrosão. ............. 83

Figura 30 - Câmara Salt Spray Equilam SS600E LCM/UFSJ. .................................................... 84

Figura 31 - Ensaio montado na câmara de Salt Spray LCM/UFSJ. ........................................... 85

Figura 32 - Câmara úmida KEQUM-300E LCM/UFSJ. ................................................................ 86

Figura 33 – Ensaio montado na câmara úmida LCM/UFSJ. ....................................................... 86

Figura 34 - Montagem ensaio Potencial x tempo LCM/UFSJ. .................................................... 87

Figura 35 - Ensaio imersão total LCM/UFSJ. ................................................................................ 88

Figura 36 - Montagem do ensaio de impedância eletroquimica. ................................................ 88

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Figura 37 - Montagem das células para realização dos ensaios de impedância eletroquimica

LCM/UFSJ. .......................................................................................................................................... 89

Figura 38 – Análise visual de descontinuidades das películas. A) TNL100; B) TNL300; C)

TEC100 ................................................................................................................................................ 91

Figura 39- Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (500X) 15KV. TNL100. ...................... 92

Figura 40 - Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (500X) 15KV TNL300. ...................... 92

Figura 41 – MEV- Microscopia eletrônica de varredura amostra (1000X) TNL100. ................ 93

Figura 42 - MEV- Microscopia eletrônica de varredura amostra (1000X) TNL300. ................. 93

Figura 43 - EDS (energy dispersive x-ray detector) para amostra TNL. ................................... 94

Figura 44 - Microscopia eletrônica de varredura da amostra TEC (X1000), 15KV. ................. 95

Figura 45 - EDS para a tinta epóxi convencional .......................................................................... 96

Figura 46 - Indentações micro dureza Vickers A) Indentação perfeita (JONSSON et. al.,

1984 . B) Indentação com trincas e deformações (QUINTELA et. al., 2001). ........................ 100

Figura 47 - Resultado do teste de adesão Pull off. A) TNL100; B) TNL300; C) TEC10 ....... 103

Figura 48 - Microscopia eletrônica de varredura do Nb2O5 aumento de 100X. ...................... 104

Figura 49 – Microscopia eletrônica de varredura do Nb2O5 aumento de 1000X. .................. 105

Figura 50 – EDS (energy dispersive x-ray detector) Nb2O5 . ................................................... 105

Figura 51 - Distribuição granulométrica do Nb2O5. .................................................................... 107

Figura 52 – Espectros TGA/DTA do Nb2O5 com taxa de aquecimento de 10°C/min em fluxo

de ar.................................................................................................................................................... 107

Figura 53 - Gráfico comparativo de quantidades de reagentes presentes nos microclimas da

AMG Brasil. ....................................................................................................................................... 109

Figura 54 - Amostras sem revestimentos expostas por 18 meses. A) ACO-DNI; B) ACO-

DSA; C) ACO-PNI; D) ACO-FSA ................................................................................................... 111

Figura 55 – Comparativo entre as concentrações dos ácidos HF, H2SO4, HCl nas estações

de corrosão........................................................................................................................................ 114

Figura 56 – Detalhe da amostra TNL300-DNI com materiais sobrepostos em sua superfície

durante os ensaios de intemperismo. ........................................................................................... 116

Figura 57 - Diagrama E x pH do sistema Nb-H2O, a 25°C e pressão de 1 atm. ................... 117

Figura 58 - Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (1000X) 15KV TNL300. ................... 121

Figura 59 - Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (1000X) 15KV após 18 meses de

exposição. A) TNL300-DNB, B) TNL300-DSA, C) TNL300-PNI, D) TNL300-FSA. ............... 122

Figura 60 - Resultados do ensaio de névoa salina após 2500 horas. Amostras TNL100,

TNL300 e TEC100. .......................................................................................................................... 124

Figura 61 - Resultados do ensaio de névoa salina após 2500 horas. Amostras TNL100,

TNL300 e TEC100 com incisão em X. .......................................................................................... 125

Figura 62 - Resultados do 100%% umidade após 2500 horas. Amostras TNL100, TNL300 e

TEC100. ............................................................................................................................................. 126

Figura 63 - Resultados do 100%% umidade após 2500 horas. Amostras TNL100, TNL300 e

TEC100 com incisão em X (ASTM 2247). .................................................................................... 127

Figura 64 - Curva potencial VS tempo das amostras TNL100, TNL300 e TEC100 na solução

de 20%H2SO4. ................................................................................................................................... 129

Figura 65 - Curva potencial vs tempo das amostras TNL100, TNL300 e TEC100 na solução

de 40%H2SO4. ................................................................................................................................... 131

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Figura 66 - Curva potencial vs tempo das amostras TNL100, TNL300 e TEC100 na solução

de 3,5% NaCl. ................................................................................................................................... 133

Figura 67 - Corpos de provas após imersão na solução de 20% H2SO4. .............................. 135

Figura 68 - Amostra TEC100 após 732 horas de imersão em solução de 20% H2SO4 ........ 136

Figura 69 - Corpos de provas após imersão na solução de 40% H2SO4. ............................... 137

Figura 70 - Corpos de provas após imersão na solução de 3,5% NaCl. ................................. 139

Figura 71 – Diagrama de Nyquist revestimentos epóxi em solução 20% H2SO4 ................. 140

Figura 72 – Diagrama de impedância na forma Bode módulo em solução de 20% H2SO4. 141

Figura 73 – Diagrama de impedância Bode fase em solução de 20% H2SO4. ...................... 142

Figura 74 - Diagrama de Nyquist revestimentos epóxi em solução 40% H2SO4 ................... 143

Figura 75 - Diagrama de impedância Bode Modulo em solução de 40% H2SO4 ................... 144

Figura 76 - Diagrama de impedância Bode fase em solução de 40% H2SO4 ........................ 145

Figura 77 - Diagrama de Nyquist revestimentos epóxi em solução 3,5% NaCl ..................... 146

Figura 78 – Diagrama de impedância Bode módulo em solução de 3,5% NaCl. .................. 147

Figura 79 - Diagrama de impedância Bode fase em solução de 3,5% NaCl. ......................... 148

Figura 80 - Circuito equivalente proposto para ajuste dos dados experimentais na EIE nas

amostras TNL100, TNL300 e TEC 100 nas soluções de 20% H2SO4, 40% H2SO4 e 3,5%

NaCl. ................................................................................................................................................... 149

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Técnicas para limpeza de superfícies ......................................................................... 30

Tabela 2- Normas de preparação de superfície ........................................................................... 31

Tabela 3 - Recomendações práticas do perfil de ancoragem .................................................... 32

Tabela 4 - Métodos de aplicação de tintas ..................................................................................... 33

Tabela 5 - Solventes industriais para tintas .................................................................................. 39

Tabela 6 - Características físicas do oxido de nióbio das tintas epóxi-Nb2O5 . ...................... 48

Tabela 7 – Exemplo 1 – Formulações de tintas epóxi-Nb205. ..................................................... 49

Tabela 8 - Exemplo 2 – Formulações de tintas epóxi-Nb205 .................................................... 49

Tabela 9 - Exemplo 1 – Formulações de tintas silicone-Nb205 .................................................. 50

Tabela 10 - Formas de aplicação para tinta epóxi-Nb2O5. ........................................................... 51

Tabela 11 - Características da tinta epóxi-Nb2O5. ......................................................................... 51

Tabela 12 - Propriedades físicas do Nióbio (GRAHAN et. al., 2001). ....................................... 53

Tabela 13- Propriedades mecânicas do nióbio (GRAHAN et. al., 2001)................................... 54

Tabela 14 - Total das reservas de Nióbio no Brasil em 2008. .................................................... 55

Tabela 15 - Reações de equilíbrio no sistema Nb-H2O ................................................................ 60

Tabela 16 - Peneiras utilizadas na análise granulométrica. ........................................................ 77

Tabela 17 - Nomenclatura das amostras revestidas com tinta epóxi. ....................................... 78

Tabela 18 – Tipos de corpos de provas utilizados nos testes. ................................................... 79

Tabela 19 - Estações de corrosão localizadas na empresa AMG Brasil................................... 82

Tabela 20 - Soluções utilizadas no ensaio de potencial vs tempo. ............................................ 87

Tabela 21 - Composição química pontual (EDS) para Nióbio e Oxigênio das amostras

TNL100 e TNL300. ............................................................................................................................. 94

Tabela 22 - Medida de espessura seca dos revestimentos. ....................................................... 97

Tabela 23 - Resultados da ultra micro dureza Vickers para as amostras TNL100, TNL300 e

TEC100. ............................................................................................................................................... 98

Tabela 24 - Valores médios de resistência a adesão (Pull off) de espessura seca das

amostras TEC100, TNL100 e TNL300. ........................................................................................ 101

Tabela 25 - Classificação de falhas durante o teste de adesão Pull off - Adaptada ISO4624.

............................................................................................................................................................. 102

Tabela 26 - Composição química pentóxido de nióbio. ............................................................. 104

Tabela 27 – Resultados da análise granulométrica por peneiramento Nb2O5. ...................... 106

Tabela 28 – Estações de corrosão localizadas na empresa AMG Brasil. ............................... 108

Tabela 29 – Nomenclatura das amostras nas estações de corrosão. ..................................... 110

Tabela 30 - Comparativo entre os resultados de intemperismo das amostras não revestidas

expostas por 18 meses, com a norma ISO8501-1...................................................................... 113

Tabela 31 – Nomenclatura das amostras revestidas com tinta epóxi-Nb2O5. ........................ 115

Tabela 32 – Espessuras médias das amostras antes e após 18 meses de exposição na

planta química AMG Brasil. ............................................................................................................ 119

Tabela 33 – Ultra micro dureza vickers das amostras TNL300 antes e após 18 meses de

exposição nas estações de corrosão. ........................................................................................... 119

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Tabela 34 - Teste de resistência a tração Pull off das amostras TNL300 antes e após 18

meses de exposição nas estações de corrosão.......................................................................... 120

Tabela 35 – Comparativo entre tinta epóxi-Nb2O5 e Tinta epóxi convencional. ..................... 123

Tabela 36 - Resumo dos resultados nos testes realizados no laboratório. ............................ 128

Tabela 37 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de

20% H2SO4. ....................................................................................................................................... 130

Tabela 38 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de

40% H2SO4. ....................................................................................................................................... 131

Tabela 39 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de

3,5% NaCl.......................................................................................................................................... 133

Tabela 40 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de

20% H2SO4. ....................................................................................................................................... 135

Tabela 41 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de

40% H2SO4. ....................................................................................................................................... 136

Tabela 42 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de

3,5% NaCl.......................................................................................................................................... 138

Tabela 43 - Valores de impedância para as amostras em solução de 20% H2SO4, na

frequência de 0,01Hz. ...................................................................................................................... 141

Tabela 44 - Valores de impedância para as amostras em solução de 40% H2SO4, na

frequência de 0,0099Hz. ................................................................................................................. 143

Tabela 45 - Valores de impedância para as amostras em solução de 3,5% NaCl, na

frequência de 0,0099Hz. ................................................................................................................. 146

Tabela 46 - Resultado dos parâmetros obtidos no ajuste nos componentes do circuito

mostrados na figura 80, em solução 20% H2SO4. ....................................................................... 150

Tabela 47 - Resultado dos parâmetros obtidos no ajuste nos componentes do circuito

mostrados na figura 80, em solução 40% H2SO4. ....................................................................... 151

Tabela 48 - Resultado dos parâmetros obtidos no ajuste nos componentes do circuito

mostrados na figura 80, em solução 3,5% NaCl. ........................................................................ 151

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LISTA DE SIMBOLOGIA

A: Falha coesiva do substrato

A/B: Falha adesiva entre o substrato e a primeira camada do revestimento.

AMG: Aluminium Metallurgical Group

ASTM: American Society for Testing and Materials

B - Falha coesiva da película

CCC: Cubica de Corpo Centrado

CE: Contra eletrodo

CFC: Cúbica de Face Centrada

CP: Corpo de Prova

CPe: Elemento de fase constante

CPE1: Capacitância da camada externa da película

CPE2: Capacitância entre película e substrato

CPVC: concentração crítica em volume do pigmento

DSA: Digestão de Sais

DNI: Digestão de Nióbio

DNPM: Departamento Nacional de Pesquisa Mineral.

DTA: Differencial Thermal Analysis

ECS: Eletrodo de Calomelano Saturado

EDS: Energy Dispersive Spectroscopy

EDX: Energy dispersive x-ray

EIE: Espectroscopia de Impedância Eletroquímica

Eocp: Potencial em circuito aberto

ES: Espessura Seca

EUA: Estados Unidos da América

FAS: Fábrica de Sais

FeSO4: Sulfato Ferroso

FSA: Fábrica de Sais

H2SO4: Ácido Sulfúrico

HCl: Ácido Clorídrico

HF: Hydrofluric acid

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HV: número vickers

IUPAC: União Internacional de Química Pura

KBF4: Tetrafluoborato de potássio

LATES: Laboratório de Análise Térmica e Espectroscopia

LCM: Laboratório de Corrosão e Materiais

MEV: Microscopia Eletrônica de Varredura

NaCl: Cloreto de Sódio

Nb2O5: Pentóxido de Nióbio

NbO: Monóxido de Nióbio

NbO2: Dióxido de Nióbio

NBR: Norma Brasileira

PIB: Produto Interno Bruto

PNI: Precipitação de Nióbio

R1: Resistência a transferência de carga entre filme e eletrólito

R2: Resistência a transferência de carga entre filme e substrato

Re: Resistência da solução

SO2: Dióxido de Enxofre

TEC: Tinta Epóxi Convencional

TGA: Thermogravimetric Analysis

TNL: Tinta nióbio LSM

UFSJ: Universidade Federal de São João Del Rei

UV:Ultra Violeta

WE: Work electrod

Y: Falha coesiva do adesivo

-Y: Falha adesiva entre a última camada e o adesivo

Y/Z: Falha adesiva entre o adesivo e o carretel

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SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ............................................................................................. 18

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 22

2.1 A corrosão ............................................................................................................. 22

2.2 Processos corrosivos na indústria química ............................................................ 23

2.2.1 Agentes corrosivos ......................................................................................... 23

2.3 Pintura Industrial .................................................................................................... 28

2.3.1 Especificação da Tinta .................................................................................... 28

2.3.2 Preparação de Superfícies ............................................................................. 29

2.3.3 Aplicação ........................................................................................................ 32

2.4 Tintas Anticorrosivas ............................................................................................. 34

2.4.1 Mecanismos de Proteção ............................................................................... 35

2.4.2 Composição das tintas ................................................................................... 36

2.4.3 Resina Epóxi .................................................................................................. 41

2.5 Tinta Epóxi pigmentada com Nb2O5 ....................................................................... 44

2.5.1 Melhores práticas de aplicação da película .................................................... 50

2.5.2 Características do revestimento...................................................................... 51

2.5.3 Nióbio e os seus Óxidos ................................................................................. 52

2.6 Técnicas para avaliação de revestimentos ............................................................ 63

2.6.1 Ensaios de Intemperismo ............................................................................... 64

2.6.2 Câmaras climatizadas de corrosão ................................................................. 66

2.6.3 Ensaios eletroquímicos ................................................................................... 66

2.6.4 Potencial vs tempo ......................................................................................... 71

CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................ 74

3.1 CARACTERIZAÇÃO NB2O5................................................................................... 74

3.1.1 Preparação ..................................................................................................... 74

3.1.2 Análise química .............................................................................................. 74

3.1.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ................................................... 75

3.1.4 Granulometria ................................................................................................. 76

3.1.5 TGA/DTA ........................................................................................................ 77

3.2 Caracterização da Película .................................................................................... 78

3.2.1 Preparação das amostras ............................................................................... 79

3.2.2 Morfologia e Microestrutura ............................................................................ 80

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3.2.3 Medida de espessura seca ............................................................................. 80

3.2.4 Resistência Mecânica ..................................................................................... 81

3.3 ENSAIOS DE CORROSÃO ................................................................................... 82

3.3.1 Intemperismo .................................................................................................. 82

3.3.2 Ensaios Acelerados de Corrosão .................................................................... 83

3.3.3 Potencial X Tempo ......................................................................................... 86

3.3.4 Imersão Total .................................................................................................. 87

3.3.5 EIS – Espectroscopia de impedância eletroquímica ....................................... 88

CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................. 90

4.1 Caracterização da Película .................................................................................... 90

4.1.1 Morfologia e microestrutura ............................................................................ 90

4.1.2 Medida de espessura seca (ES) ..................................................................... 96

4.1.3 Resistência Mecânica ..................................................................................... 98

4.2 Caracterização do Nb2O5 ..................................................................................... 103

4.2.1 Microscopia Eletrônica de Varredura e EDS ................................................. 104

4.2.2 Análise granulométrica ................................................................................. 106

4.2.3 Análise termogravimétrica (TGA) .................................................................. 107

4.3 Ensaios de Corrosão ........................................................................................... 108

4.3.1 Intemperismo ................................................................................................ 108

4.3.2 Câmaras ....................................................................................................... 123

4.3.3 Potencial vs Tempo ...................................................................................... 129

4.3.4 Imersão Total ................................................................................................ 135

4.3.5 Espectroscopia de Impedância Eletroquímica .............................................. 139

4.3.6 Espectroscopia de Impedância eletroquímica – Ajustes com circuitos

equivalentes ............................................................................................................... 149

CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES .......................................................................................... 153

CAPÍTULO 6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 156

CAPÍTULO 7 - TRABALHOS FUTUROS ............................................................................ 164

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CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

Historicamente as indústrias químicas sofrem com a degradação acelerada de

seus equipamentos e estruturas metálicas, sendo a corrosão a principal responsável.

O manuseio e operação utilizando insumos altamente oxidantes são um dos principais

fatores para o início e intensificação dos processos corrosivos. Assim, a corrosão é

um dos maiores desafios enfrentados pelas indústrias químicas em todo o mundo

(ROBERGE, 1999).

Fundamentalmente eletroquímica, a corrosão é um fenômeno em que se

observa a deterioração do material pela ação química ou eletroquímica, resultando

em prejuízos em suas propriedades. Essa definição é válida, no entanto, a sua

simplicidade não reflete a complexidade inerente aos processos corrosivos, que são

influenciados por uma série de fatores que envolvem as características do metal e

principalmente do meio corrosivo (MERÇON, 2004; GENTIL, 2008).

A mensuração dos custos da corrosão é importante no que tange o

dimensionamento desse problema. Um estudo que aborda estratégias preventivas e

custos inerentes a corrosão, indica que nos EUA o custo anual total (direto e indireto)

da corrosão é de aproximadamente 3,1% do PIB do país. Aplicando esse estudo para

a realidade brasileira estima-se um valor aproximado de US$ 15 bilhões. Ações

preventivas contra o processo corrosivo, poderiam reduzir esses gastos para

aproximadamente 5 bilhões de dólares anuais no Brasil (ÁVILA, 2012).

Ao longo dos anos, várias metodologias foram propostas para solucionar os

problemas originados pelos processos corrosivos. Tecnicamente a substituição de

componentes, utilizando materiais mais nobres, é sempre a primeira alternativa

verificada. Contudo, os elevados custos de materiais especiais costumeiramente

dificultam a substituição, e na maioria dos casos torna-se inviável. Os revestimentos

superficiais também são opções utilizadas. A aplicação de revestimentos metálicos,

emborrachados, cerâmicos e plásticos em dutos, bombas e outros equipamentos

proporcionam excelentes resultados de proteção anticorrosiva. Todavia, essas

soluções não são facilmente aplicadas e também possuem custos elevados.

A pintura industrial por sua vez destaca-se entre todos os métodos de proteção

anticorrosiva, sendo o de maior utilização em indústrias de todo o mundo. A sua

facilidade de aplicação em ambientes fabris, aliada a manutenção simplificada e

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custos razoáveis justificam a sua grande aplicabilidade na indústria (FURTADO,

2010).

Os resultados obtidos com a pintura industrial no âmbito da proteção

anticorrosiva são muito representativos no que tange a redução dos custos com a

manutenção dos equipamentos. Não obstante, a facilidade de aplicação das tintas

pode ser confundida e gerar falta de acuidade no processo de pintura, que requer

atenção especial em alguns aspectos: preparação adequada de superfícies, método

de aplicação da película e sobretudo a especificação da tinta e esquema de pintura

para cada situação em que se deseja proteger o substrato metálico (NUNES, 2012).

A especificação de uma tinta envolve alguns fatores, entre eles a cognição

completa do processo corrosivo existente em um meio específico. Para ambientes

específicos, como é o caso das indústrias químicas, dificilmente encontra-se tintas

que apresentam desempenho completo e satisfatório para todas as condições de

agressividade.

As tintas compostas por resina epóxi são as que apresentam as melhores

performances em ambientes ácidos, haja vista a sua boa resistência química e

proteção por barreira conferida as películas (SKALE et. al., 2008). Entretanto as

principais tintas do mercado possuem desempenho insatisfatório, pois não

conseguem proteger completamente o substrato metálico em ambientes de alta

agressividade, como é facilmente verificado nas indústrias químicas

(KAHRIZASAANGI et. al., 2015).

Essa lacuna existente para a proteção anticorrosiva nos ambientes das

indústrias químicas, descortinam um enorme campo para aplicação das tintas epóxi

pigmentadas com pentóxido de nióbio (Nb2O5).

O Nb2O5, pioneiramente estudado para proteção anticorrosiva por Luiz de

Miranda e seus colaboradores, pode ser originado diretamente do nióbio metálico ou

produzidos de forma industrial pelo processamento químico de minérios como

columbita, tantalita, FeTaNb e pirocloro. A sua principal característica, como

representado no diagrama de Pourbaix, é a resistência a corrosão conferida por sua

inércia química nos mais distintos meios (FERNANDES, 2010).

As tintas epóxi-Nb2O5 possuem grande capacidade de proteção, pois conferem

ao substrato metálico duas de suas principais características: A proteção por barreira

e estabilidade química das resinas epóxi, e a inércia química nos mais variados meios

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do pentóxido de nióbio, o que promove a alta probabilidade de proteção anticorrosiva

dessa classe de revestimentos (BODSTEIN,2006; CARVALHO,2004; ROLON, 2005).

Poucas referências estão disponíveis na literatura sobre o uso do pentóxido de

nióbio na proteção anticorrosiva dos metais. A grande maioria dos estudos avaliam a

proteção anticorrosiva do Nb2O aplicado via aspersão térmica (MOTTA,

2011;MARIANO, 2008). Para os trabalhos utilizando tinta, quase todos se dedicam

aos ambientes das indústrias petroquímicas, com a presença de ácidos naftênicos

(MONTEIRO et. al., 2004).

Essa realidade, pautada pela ausência de trabalhos científicos aplicados para

solucionar problemas na indústria, principalmente relacionados a corrosão, vigorou

por longo tempo. No entanto, nos últimos anos, o estudo dos processos corrosivos a

nível industrial tem crescido muito, com o intuito claro de aumentar a vida de

equipamentos e estruturas, e redução de custos não planejados.

Neste trabalho as características e propriedades das tintas epóxi-pigmentadas

com Nb2O5 foram investigados em campo e laboratório. O Nb2O5 também foi avaliado

por meio de técnicas específicas. As tintas epóxi-Nb2O5 foram submetidas à condições

de alta agressividade com o intuito de se avaliar a sua resistência à corrosão. As

condições agressivas dos ambientes das indústrias químicas foram simuladas com a

utilização de soluções eletroquímicas específicas e câmaras climatizadas de corrosão.

Outro aspecto importante do presente trabalho refere-se à aplicabilidade dos

resultados da pesquisa para a implantação dessas soluções nas indústrias químicas.

Nesse sentido, comparou-se a tinta epóxi-Nb2O5 com uma tinta epóxi convencional,

muito utilizada como proteção anticorrosiva nas plantas químicas.

A metodologia adotada no presente trabalho considerou a avaliação dos

revestimentos diretamente no ambiente de estudo, nesse caso, a indústria química

AMG (Aluminium Metallurgical Group) Brasil. Para a completa cognição dos

fenômenos envolvidos na degradação da película pelos processos corrosivos e

mecânicos os filmes foram também investigados em laboratório, nas mais variadas

condições. De forma complementar o pigmento Nb2O5 foi caracterizado em

laboratório, visando manter uma referência de produto a ser utilizado na produção de

novas tintas anticorrosivas.

O estudo realizado permitiu identificar procedimentos e ensaios padrões para

avaliação das características das películas epóxi, em especial a resistência a

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corrosão. Foi possível também compreender os mecanismos de proteção

anticorrosiva proporcionado pela adição do pigmento de Nb2O5 na formulação da tinta.

Identificou-se a grande probabilidade de proteção anticorrosiva das tintas epóxi-

Nb2O5 nos principais ambientes das indústrias químicas, apresentando viabilidade

técnica e econômica de aplicação.

1.1 OBJETIVO

O presente trabalho abordará a avaliação das propriedades das películas de

epóxi-Nb2O5 e concomitantemente comparar os respectivos revestimentos com tintas

epóxi de mercado, aplicadas em condições de alta agressividade da indústria química.

Para atingir tal objetivo se faz necessário:

Avaliar as características físico-química das tintas investigadas;

Realizar ensaios eletroquímicos de corrosão em laboratório;

Realizar ensaios acelerados de corrosão nas tintas investigadas;

Caracterizar o pigmento de pentóxido de nióbio;

Avaliar a tinta epóxi-Nb2O5 diretamente na indústria AMG através de ensaios de

intemperismo;

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CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 A corrosão

Os metais são os materiais mais utilizados para a construção mecânica, em

função das propriedades físicas, químicas e mecânicas. Essas características tornam

esses materiais extremamente versáteis, e em consequência da sua grande

disponibilidade são amplamente empregados a milhares de anos. Nesse contexto, o

aço se destaca sendo, atualmente, assim como no século passado, o principal

material de construção industrial. No entanto, os aços como grande parte das ligas

metálicas são termodinamicamente instáveis no meio ambiente, estando assim

susceptíveis constantemente aos processos de corrosão (MERÇON, et. al, 2004;

GENTIL, 2008; ROBERGE, 1999).

Genericamente o processo corrosivo promove a passagem do metal em sua

forma metaestável para a forma iônica, energeticamente mais estável. Assim, a

corrosão se caracteriza por ser um processo que corresponde ao inverso dos

processos metalúrgicos de obtenção do metal e pode ser esquematizada por

(NUNES, 2012):

Figura 1 – Ciclo dos metais (Adaptado de NUNES, 2012).

A definição da corrosão como um processo termodinamicamente espontâneo

para os metais é muito simples, não abrangendo a complexidade envolvida nesses

processos. Considerar-se-á corrosão como um processo de deterioração do metal,

pela ação química ou eletroquímica do meio, resultando em perdas de propriedades,

desgastes precoces, alterações estruturais, entre outros.

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Além de ser muito prejudicial para diversos setores da sociedade, o processo

corrosivo tem se tornado um grande problema para as indústrias em todo o mundo. A

corrosão pode gerar paradas completas de plantas industriais, perdas e

contaminações de produção, redução da eficiência de processos, aumento do custo

de manutenção, redução da segurança operacional e alto custo de projetos

(ROBERGE, 1999).

A maior parte dos problemas, gerados pela corrosão nas unidades fabris,

refletem-se no caráter multidisciplinar inerente aos processos corrosivos. O controle e

gerenciamento da corrosão deve-se passar inicialmente pelo entendimento e

compreensão dos diversos mecanismos que envolvem o ataque do metal, bem como

a cognição completa do meio o qual o material está inserido. A partir dessa rotina de

análise, é possível especificar materiais e sistemas de proteção adequados para cada

situação e prevenir a deterioração de equipamentos e estruturas.

2.2 Processos corrosivos na indústria química

A corrosão é uma das principais adversidades enfrentadas pelas indústrias de

processamento químico. Na grande maioria das situações o problema é recorrente e

as soluções aplicadas são ineficazes. De maneira abrangente as falhas envolvendo a

corrosão, nas indústrias químicas, se originam e são intensificadas por dois motivos

principais:

Ausência de uma política efetiva de gerenciamento do processo corrosivo e

presença de agentes de extrema agressividade nas estruturas da unidade fabril.

2.2.1 Agentes corrosivos

Durante o processamento e co-processamento nas indústrias químicas, em seus

mais variados tipos, a presença de agentes corrosivos de alta agressividade é

constante durante a cadeia produtiva. Nesse sentido, o contato direto ou indireto

desses insumos com as estruturas, plataformas, tubulações, tanques, pontes rolantes,

centrífugas, secadores, fornos, etc, promovem a deterioração acelerada dos mesmos.

Assim exige-se um grande esforço dos setores de manutenção e engenharia para

manter a continuidade da produção na planta.

Esses insumos são extremamente importantes para o processo produtivo, e em

quase totalidade das situações não são facilmente substituíveis, haja vista,

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consequentes perdas de eficiência do processo, além de outras questões envolvendo

grandes mudanças estruturais da planta e até mesmo de logística da empresa.

Dentre os principais agentes corrosivos utilizados nas indústrias químicas se

destacam:

Ácido sulfúrico (H2SO4):

Composto químico, derivado do anidrido sulfúrico, classificado como um ácido

mineral forte, se destacando por ser um dos principais ácidos derivados do enxofre.

Este ácido considerado como um dos produtos químicos mais fabricados e utilizados

no mundo (KING, et. al., 2013).

As suas aplicações industriais são inúmeras, seja como matéria prima ou como

coadjuvante em processos industriais, destacando as utilizações nas indústrias de

óleo e gás para refino do petróleo. Nas indústrias químicas o mesmo é utilizado, em

seus mais variados processos, sendo fundamental para os tratamentos realizados nos

minérios.

O grande inconveniente da utilização do ácido sulfúrico é o seu forte caráter

oxidante e desidratante, que promove severos ataques corrosivos nos equipamentos

e estruturas metálicas (GENERAL, 2015; BRUBAKER et.al., 2006).

O ácido sulfúrico diluído, em concentrações inferiores a 50%, ataca o aço

carbono, conforme as reações anódicas e catódicas destacadas abaixo:

Reação anódica:

Fes Fe2+aq + 2e- (1)

Reação catódica

2H+aq

+ 2e- H2 g (2)

Dean e Grab (DEAN AND GRAB, 1985), descreve ainda que a reação de

oxidação do ferro (Fe Fe2+ + 2e-) ocorre na fase ferrita e a reação catódica do

hidrogênio 2H+ + 2e- H2 ) ocorre na fase cementita. Nesse sentido, a

quantidade de carbono presente no aço é importante para a determinação das taxas

de corrosão com o ácido diluído.

A concentração do ácido sulfúrico influencia diretamente nas taxas de corrosão

do aço carbono. Verifica-se que quanto maior a concentração do ácido menor o ataque

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corrosivo na superfície. A figura 2 apresenta as relações entre a concentração do

ácido, composição química do aço e taxa de corrosão.

Figura 2 – Taxa de corrosão para o aço carbono com composições distintas em soluções de H2SO4.

Para o ácido sulfúrico concentrado as reações inerentes ao processo corrosivo

envolve, sobretudo, a redução para formar o H2 e a oxidação formando o sulfato

ferroso (FeSO4).

H2SO4 + Fe -> FeSO4 + H2 (3)

O sulfato ferroso forma uma camada na superfície do metal que o protege do

ataque corrosivo do ácido concentrado. Essa camada de FeSO4 é suave e pouco

aderente, o que significa que ela pode ser facilmente danificada. De acordo com Dean

e Grab (Dean and Grab, 1985), a presença de FeSO4 é o principal fator no controle

do processo corrosivo de ácido com concentrações entre 50% e 99% para o aço a

temperatura ambiente.

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Os principais fatores que influenciam a aceleração do processo corrosivo na

superfície do aço, provocando diretamente danos a camada protetora são: aumento

da solubilidade do FeSO4 no ácido, aumento da temperatura e aumento do movimento

relativo entre o ácido e o metal.

Para concentrações inferiores a 50 % as taxas de corrosão são mais baixas e

são influenciadas pelo teor de carbono do aço carbono, como já foi mostrado na Figura

2. Neste último caso, o processo de redução do hidrogénio (reação 2) é o fator

limitante da taxa de corrosão, ao invés da dissolução de FeSO4.

Para Panossian (PANOSSIOAN, et.al., 2012), embora esse ácido seja um dos

reagentes mais utilizados no mundo, ainda existem poucas pesquisas que se dedicam

ao estudo aprofundado dos mecanismos e consequências da corrosão do aço por

ação direta do ácido sulfúrico, principalmente para o ácido sulfúrico diluído.

Ácido clorídrico (HCl):

Ácido mineral definido como forte, pois possui alta dissociação iônica. Em altas

concentrações libera odor acre e picante (PUBCHEM, 2015).

O ácido clorídrico sendo um ácido forte, possui diversas aplicações industriais

sendo muito utilizado na indústria química e petroquímica, seja na extração do

petróleo, no ajuste de pH, produção de sais, tratamentos superficiais de metal, entre

outros (PUBCHEM, 2015).

A sua aplicação industrial apresenta alguns inconvenientes, nos quais, se

destaca o ataque químico aos metais, concreto armado e outras estruturas que o íon

cloreto entra em contato durante o processo produtivo. Esse efeito deve-se ao seu

elevado poder oxidante, que promove o início do processo corrosivo (PUBCHEM,

2015).

Nos metais, em especial o aço inoxidável, o ataque se desenvolve de forma

localizada, com o rompimento do filme passivo e o surgimento de diversas pequenas

cavidades, denominadas pites, na superfície do metal. A força motriz para a corrosão

por pites é a perda da passivação de uma pequena área, em função da ação do

cloreto, que se torna anódica enquanto uma área dentro do corpo do metal torna-se

catódica, levando a uma corrosão galvânica muito localizada (PARDAL, et.al., 2013).

Em estruturas de concreto armado, a corrosão por ação de cloretos é apontada

por muitos como uma das mais sérias patologias sofridas por esse material

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(HELENE,1986). De acordo com Neville (NEVILLE, 1997), estes íons destroem a

película protetiva do metal, e com a presença de água e oxigênio inicia-se o processo

corrosivo.

Durante essa reação o ferro substitui o hidrogênio do ácido formando o cloreto

de ferro II FeCl2). Verifica-se que a concentração do ácido Clorídrico interfere

diretamente na velocidade da reação (PUBCHEM, 2015).

Fe(s) + 2HCl(aq) FeCl2(aq) + 2H2(g) (4)

Ácido fluorídrico HF:

O fluoreto de hidrogênio anidro, como também é conhecido, apresenta-se como

liquido incolor até a temperatura de 19,5°C, de odor penetrante. O HF é considerado

um ácido moderado, apesar da forte eletronegatividade do flúor, pois o seu ínfimo raio

atômico interfere na acomodação da carga negativa, desestabilizando o íon flúor

(USIQUÍMICA, 2014).

Contudo, o HF é um ácido extremamente perigoso, mais perigoso do que vários

outros ácidos fortes como o sulfúrico e o clorídrico, pois ele é altamente corrosivo,

capaz de dissolver muitos materiais, especialmente óxidos e silicatos. Assim, o

contato desse ácido com a pele e mucosas pode ser fatal para a pessoa

(USIQUÍMICA, 2014).

As suas principais aplicações estão na produção de compostos orgânicos de

flúor e na metalurgia para realização de decapagem, retirando óxidos e outras

impurezas dos aços. Outra utilização muito importante ocorre em processos de

lixiviação de minérios em indústrias de processamento químico.

O manuseio e as operações envolvendo o ácido fluorídrico ocorre principalmente

utilizando o aço carbono convencional, em que o processo corrosivo é monitorado

constantemente. A corrosão do aço pelo HF resulta na formação do hidrogênio

(EUROFLÚOR, 2014).

HFaq + Fe(OH)3 FFe2 + H2 (5)

3 HF + FE(OH)3 = 3 H2O + FEF3 (6)

As taxas de corrosão podem ser consideravelmente aumentadas com o aumento

da temperatura e da velocidade de fluxo. Para o aumento da vida útil de estruturas

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recomenda-se evitar turbulências no fluxo e a presença de umidade, principalmente

em tanques e tubulações.

Não é recomendado a utilização de aço em concentrações de HF inferiores a

60%, pois o aço será rapidamente atacado pelo ácido (EUROFLÚOR, 2014).

2.3 Pintura Industrial

A pintura industrial possui fundamental importância para o sucesso de um

revestimento. Os investimentos em uma tinta de alto desempenho e custos elevados

são inúteis, caso a aplicação da tinta seja feita sem critérios e a preparação de

superfície ocorra de forma ineficaz.

Define-se a pintura industrial como um conjunto de operações que objetivam

aplicar sobre o material, uma película com viscosidade específica, que irá endurecer

com o passar do tempo, sendo formada por um ou mais constituintes (FURTADO,

2010; NUNES, 2012).

O principal objetivo da pintura industrial consiste na promoção da proteção

anticorrosiva aos materiais, ou seja, a película formada deve conferir proteção contra

a ação destruidora do meio ao qual está exposto. Assim, a principal função da pintura

industrial é aumentar o ciclo de vida de equipamentos e materiais, através de sua

consequente preservação em relação às condições de agressividade (FURTADO,

2010).

Outras funções são também conferidas à pintura industrial, como

impermeabilização, redução da viscosidade de tubulações, segurança industrial, entre

outros. A visão sistêmica da pintura caracteriza o processo em fases distintas e

identifica alguns aspectos técnicos muito relevantes para o sucesso de um

revestimento. Dentre as fases mais importantes podemos salientar a especificação da

tinta, preparação de superfície e aplicação (NUNES, 2012):

2.3.1 Especificação da Tinta

A especificação de uma tinta para utilização em um sistema protetor envolve

uma série de aspectos importantes, que devem ser considerados em sua seleção.

É importante verificar que comercialmente já existe uma série de ideias prontas,

esquemas já determinados para variados ambientes e vendedores hábeis. Não

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obstante, principalmente nos ambientes de alta agressividade, a seleção da tinta deve

ser feita de forma específica, com uma visão individualizada. Assim erros de

generalização, muito recorrentes nesses ambientes corrosivos, são evitados, como os

que acontecem no uso indiscriminado da norma NBR 14643 (ABNT NBR 14643,

2001), que classifica a corrosividade de atmosferas.

A primeira etapa para a especificação de uma tinta refere-se à caracterização do

microclima em que a tinta irá desempenhar sua função protetora. Essa etapa

geralmente ocorre dentro do sistema de gerenciamento do processo corrosivo em sua

fase de projeto. Nela é possível identificar os agentes corrosivos presentes no

ambiente e, sobretudo, avaliar também todos os parâmetros operacionais do

equipamento e/ou sistema em que a tinta irá atuar.

Os agentes corrosivos podem ser aferidos através de técnicas como as

abordadas nas normas NBR 6211 (ABNT NBR 6211, 2015), NBR 6921 (ABNT NBR

6921, 2002), entre outras. No entanto, para resultados mais completos e confiáveis

recomendam-se análises total dos gases presentes, por meio de equipamentos

específicos. É importante verificar, porém, que em situações práticas muitas vezes as

análises de gases são dificultadas. Assim, os agentes corrosivos podem ser inferidos

através dos próprios dados de processo, em que se conhecem os poluentes e insumos

do microclima.

Os parâmetros operacionais, dizem respeito a todos os fatores que envolvem o

funcionamento dos equipamentos e que podem direta ou indiretamente interferir no

desempenho do revestimento. Nesse sentido deve-se destacar a temperatura de

trabalho, pressão, exposição a raios UV, solicitações mecânicas, facilidade para

manutenção do revestimento e condições de imersão em um fluido. A partir dessas

considerações, é possível determinar outros parâmetros importantes como o

escoamento da tinta, espessura, rendimento, durabilidade, e também a preparação

de superfície e aplicação da tinta, as duas últimas que ganham destaque nos tópicos

abaixo.

2.3.2 Preparação de Superfícies

A preparação e limpeza de superfícies é uma das principais etapas durante o

processo de pintura. Durante essa etapa, objetiva-se atingir condições ótimas de

aderência do revestimento ao substrato metálico.

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30

Para receber a película de tinta, a superfície deve estar preparada de forma

adequada, estando o filme presente de forma coerente na superfície. Senão, esta será

apenas uma camada superficial sobre a face externa da superfície do material, sendo

quase independente. Dessa forma, não proporcionará propriedades efetivas de

proteção anticorrosiva ao metal, tendo somente efeitos estéticos de durabilidade

duvidosa (JAMALI, et. al., 2014).

O bom desempenho de um sistema de pintura protetor está associado

diretamente com sua propriedade de adesão ao substrato. A preparação correta

garante que a força de coesão entre o substrato e o revestimento seja suficiente, de

forma a garantir que outras propriedades da tinta não sejam prejudicadas (PERERA,

1996).

Embora sejam processos diferentes as operações de limpeza e preparo de

superfícies possuem a mesma finalidade, que é garantir uma boa adesão do

revestimento na superfície. A limpeza é feita para remover as impurezas presentes no

material como recebido, que impedem a aplicação imediata do revestimento. Essas

sujeiras possuem origens diversas, sendo camadas de óxidos, graxas, óleos, resíduos

de emulsões, carepas de laminação, entre outros. A Tabela 1 apresenta os três tipos

principais de limpeza de superfícies metálicas e as suas respectivas técnicas

(JAMALI, et. al, 2014).

Tabela 1 - Técnicas para limpeza de superfícies (adaptado de FURTADO, 2010).

Mecânicos Térmicos Químicos

Jato abrasivo Queima

Desengraxamento

Alcalino

Lixamento Limpeza com

chama direta Eletrolítico

Escova Atmosfera

redutora

Com

solventes

Jato de água

Difásicos

Ar

comprimido Decapagem

Ácida

Eletrolítica

Alcalina

Fosfatização

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31

Em processos gerais, de caráter prático, frequentemente utiliza-se na indústria

os mesmos ferramentais tanto para a limpeza quanto para a preparação de

superfícies. Considera-se que a preparação de superfícies são as operações que

visam remover as irregularidades e defeitos que poderiam prejudicar o desempenho

ou aparência da peça.

Essas operações seguem normas específicas e o tipo de preparação de ser

determinado a partir da tinta e esquema de pintura adotado. A tabela 2 apresenta as

normas mais aplicadas nas indústrias brasileiras relacionadas diretamente com o tipo

de preparo e as respectivas ferramentas utilizadas.

Tabela 2- Normas de preparação de superfície (adaptado de FURTADO, 2010).

Preparo de

superfície Descrição

Norma

American

a NACE

Norma

Brasileira

ABNT

Norma

Brasileira

Petrobras

Limpeza com

ferramentas

Manuais - NBR-7346 N-6ª

Mecânicas - NBR-7347 N-7ª

Com jato

abrasivo

NBR-7348 N-8ª

Ligeiro NACE 4 SA1 SA1

Comercial NACE 3 SA2 SA2

Metal quase

branco NACE 2 SA 2.1/2 SA2.1/2

Metal branco NACE 1 SA3 SA3

Outros

Limpeza

Química - NBR-7349 -

Solventes - NBR-7345 N-5ª

Uma das formas mais comuns de preparação de superfície na indústria é o

jateamento abrasivo, tendo em vista os resultados alcançados e a ligeira facilidade de

aplicação. No jateamento é possível alcançar um perfil de rugosidade adequado para

a maioria dos sistemas de pintura, e consequentemente proporcionar uma melhor

adesão ao substrato. A ancoragem obtida durante o jateamento depende diretamente

do abrasivo usado, pressão do ar comprimido e da técnica de aplicação. O perfil ideal

obtido no jateamento é especificado pela norma brasileira NBR 7348 (ABNT NBR

7348 , 2007) , que determina as condições necessárias para ancoragem, que deve ter

sua altura média em torno de um terço da espessura seca do esquema de pintura

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aplicado. Para os revestimentos anticorrosivos atuais considera-se que o perfil de

ancoragem deve estar entre 45 e 75m.

A Tabela 3 apresenta as recomendações práticas sobre o perfil de ancoragem.

Tabela 3 - Recomendações práticas do perfil de ancoragem (adaptado de FURTADO, 2010).

Perfil (m) Uso recomendado

Menor que 20 Não é recomendado para pinturas anticorrosivas

30 a 50 Para sistemas epóxi, Vinílicos, poliuretanos, cujas

espessuras não devem exceder 200um

50 a 70 Mesmos sistemas, mas com espessuras entre 150

e 300 um.

70 a 85 Recomendado para tintas de altas espessuras.

2.3.3 Aplicação

A aplicação da tinta é uma fase muito importante, pois possui grande influência

no desempenho de um revestimento anticorrosivo. Em diversas situações de falhas

de sistemas protetores o diagnóstico aponta a imperícia e problemas durante a

aplicação da tinta.

No entanto, as falhas de aplicação não se limitam somente a qualificação técnica

dos pintores, que muitas vezes não são preparados para tal função. Os problemas se

originam também na seleção do método de pintura adequado e consequentemente

nos parâmetros que envolvem essa especificação.

A seleção do método de pintura adequado para cada situação deve considerar

alguns aspectos importantes como: tipo de tinta, espessura desejada, local de

aplicação, técnica operacional, custos, segurança do pintor e meio ambiente. Vale

ressaltar que as condições para aplicação, são devidamente estabelecidas pelo

fabricante da tinta, que conhece as limitações e vantagens de cada processo no seu

produto. Existem diversas formas de aplicação de tintas na indústria, seja em campo

em ambientes abertos, ou nas fábricas com um ambiente controlado e equipamentos

específicos. Observa-se que na fábrica são pintados equipamentos para instalações

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elétricas, máquinas rotativas e de instrumentação. Em campo pintam-se os

equipamentos de caldeiraria pesada como tanques, fornos, torres, caldeiras, entre

outros (NUNES, 2012).

A Tabela 4 apresenta os principais métodos de aplicação de tintas na indústria,

mostrando as suas aplicações, principais vantagens e desvantagens (NUNES, 2012):

Tabela 4 - Métodos de aplicação de tintas

Método Aplicações Vantagens Desvantagens

Trincha

Recortes,

reentrâncias,

cordões de solda,

arestas, etc.

Elevadas espessuras

secas. Aplicação em

regiões de difícil acesso.

Custos baixos. Pequena

perda de tinta.

Baixa produtividade.

Películas não

uniformes.

Rolo

Grandes áreas

planas ou com

grandes raios de

curvatura.

Boa produtividade.

Elevadas espessuras.

Películas uniformes.

Limitações em

função da geometria

da peça.

Pistola ar

comprimido

Pintura pode ser

aplicada tanto em

campo quanto na

fábrica.

Grande produtividade.

Bom acabamento

superficial. Espessuras

constantes. Custos

compatíveis.

Perdas excessivas

de tinta cerca de

25%. Baixa

espessura por

demão. Riscos de

segurança do

aplicador.

Pistola air

less

Pintura pode ser

aplicada tanto em

campo quanto na

fábrica.

Excelente rendimento.

Ótima qualidade de

pintura. Baixas diluições.

Custos elevados.

Pintura

eletrostática

Aplicação na fábrica

e campo.

Ótima qualidade do

filme. Elevadas

espessuras.

Elevado

investimento.

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34

2.4 Tintas Anticorrosivas

As tintas são uma das formas mais eficientes e promissoras de combate à

corrosão da sociedade moderna (SILVA, 2009). O seu caráter de proteção da

superfície dos materiais, a sua versatilidade de aplicação e custos aceitáveis tem

impulsionado diversos trabalhos que investigam suas propriedades protetivas

(MONTEMOR, 2014).

As tintas anticorrosivas são películas, orgânicas ou inorgânicas, aplicadas sobre

a superfície do material com a função específica de protegê-lo da ação corrosiva do

meio o qual está inserido. A sua composição química viscosa, constitui-se de

pigmentos dispersos em uma matriz líquida que sofre um processo de secagem,

quando aplicadas sobre uma superfície, formando um filme opaco e aderente ao

substrato (OLIVEIRA, 2004).

Furtado (FURTADO, 2010) reitera que os revestimentos anticorrosivos devem

ser considerados com uma verdadeira parte da composição efetiva da superfície do

metal, e não um mero detalhe final de acabamento de uma peça ou equipamento.

Para as indústrias, que sofrem exageradamente com o processo corrosivo, esse

conceito deve estar sempre presente nas políticas preventivas e anticorrosivas da

planta. Os revestimentos devem ser tratados como parte do equipamento, e as tintas

utilizadas devem ter características específicas para cada aplicação.

O grande exemplo da não aplicação desse conceito são as indústrias químicas

brasileiras. Há anos elas sofrem com soluções em tintas que não apresentam a

eficiência protetora desejada. Isso ocorre principalmente por utilização de

revestimentos com características genéricas, que não consideram as especificidades

de cada meio o qual o material está inserido. As generalizações mercadológicas são

variadas, como as conhecidas tintas para ambientes ácidos, imersos em água,

expostas ao tempo, a raios UV, entre outros.

Para os ambientes encontrados em indústrias químicas, as películas

constituídas de resina epóxi se destacam, pois apresentam excelentes propriedades

de adesão, compatibilidade química, coesão e impermeabilidade (SKALE, et. al.,

2008). Contudo, o seu desempenho ainda pode ser consideravelmente aumentada,

através da inserção de pigmentos específicos que influenciam nas propriedades

anticorrosivas, de secagem, aderência e proteção por barreira (KAHRIZSANGI, et. al.,

2015).

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O desenvolvimento das tintas de alto desempenho envolve a cognição completa

da eficiência dos mecanismos de proteção. Assim, é importante avaliar o ambiente de

exposição da tinta e as condições de trabalho da peça que será protegida. Dessa

forma, é possível especificar os melhores constituintes presentes na película

protetora.

2.4.1 Mecanismos de Proteção

Os revestimentos anticorrosivos podem comunicar ao substrato metálico vários

mecanismos de proteção. O principal mecanismo de proteção anticorrosiva inerente

às tintas, é a proteção por barreira que visa impedir ou dificultar o contato da superfície

metálica com o eletrólito. Esse mecanismo minimiza as ações danosas do meio no

metal, conforme indicado na Figura 3 (FURTADO, 2010; SORENSE et. al.,2009;

VERGES, 2005; BASTOS, 1999; BEHZADNASAB, et. al., 2011).

Figura 3 - Impermeabilidade de um revestimento.

O revestimento atua com a função de restringir o acesso de água, oxigênio, e

outros elementos que possam promover as reações eletroquímicas. Assim, consegue-

se reprimir o processo corrosivo que aconteceria na superfície do metal, caso não

existisse a película protetora (SHIN, et. al., 2010; SANTOS, 2005).

Para que a proteção por barreira atue de forma eficiente, tendo em vista as

exigências de trabalho, as tintas devem apresentar algumas importantes

propriedades, das quais se destacam (FURTADO, 2010):

Inércia química: Possuir resistência química ao ambiente de exposição.

Continuidade: Não apresentar poros, trincas ou rachaduras, de forma a isolar o

meio corrosivo do metal.

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36

Aderência: Promover a adesão suficiente entre o metal e o revestimento. Essa

característica depende fundamentalmente da preparação de superfície e da qualidade

do revestimento.

Resistência Mecânica: Possuir dureza razoável, de forma a impedir riscos e

arranhões que possam prejudicar a integridade do revestimento.

Impermeabilidade: Impedir ao máximo a possível passagem de soluções

aquosas, salinas e gases atmosféricos.

A proteção por barreira reduz consideravelmente a movimentação iônica entre o

meio e o substrato metálico. No entanto, mesmos as tintas mais eficientes, contínuas

e impermeáveis, com o passar do tempo permitem que a solução corrosiva alcance a

superfície metálica, onde se inicia o processo corrosivo (FORGREEN, 2006).

As falhas por corrosão no revestimento sempre acontecem em baixo da película

protetora, com exceção é claro dos casos em que o próprio revestimento é atacado

pelo meio corrosivo ou por ações mecânicas (FURTADO, 2010; BEHZADNASAB, et.

al., 2011; TIAN, 2015).

Nesse sentido, em meios de alta agressividade, como o encontrado durante o

processamento químico, o desempenho anticorrosivo dos revestimentos pode ser

aumentado através da utilização de pigmentos anticorrosivos inseridos no veículo da

tinta (BEHZADNASAB, et. al., 2011). Esses pigmentos anticorrosivos devem ser

especificados através de uma análise aprofundada das condições de corrosividade do

meio de aplicação do revestimento.

Os pigmentos anticorrosivos podem atuar como inibidores ou passivadores em

função de sua origem. Uma de suas principais ações é através da passivação anódica,

impedindo ou dificultando a dissociação das micro áreas anódicas (SANCHOTENE,

et. al., 2015). Como principal exemplo desse tipo de pigmento, se destaca o Nb2O5

(pentóxido de nióbio) que teve essa aplicação recentemente descoberta por Miranda

e colaboradores (MIRANDA et.al.,2004).

2.4.2 Composição das tintas

De forma geral, todas as tintas possuem em sua composição principal, o veículo

conhecido também como aglomerante da tinta, os pigmentos, e o solvente utilizado

para ajustar a viscosidade. Como constituintes complementares ou eventuais, têm-se

exemplos como os secantes, dispersantes, plastificantes, entre outros (OLIVEIRA,

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37

2004). A Figura 4 apresenta os principais componentes presentes na formulação da

tinta.

Figura 4 - Constituintes das tintas (Adaptado de HARE,1994)

2.4.2.1 Veículo

Principal constituinte das tintas, se caracteriza por concentrar a maioria das

propriedades químicas e físicas das películas. É composto por um material não volátil,

liquido ou sólido, que atua diretamente na formação do filme sobre a superfície e

agrega os pigmentos e aditivos da tinta (FORSGREEN, 2006).

Os veículos podem ser classificados em (OLIVEIRA, 2004):

a) Veículos não convertíveis: São constituídos por substâncias com

propriedades filmógenas, ou seja, que possuem capacidade de formar uma película.

A película sólida é formada após a evaporação do solvente ou pela própria

coalescência. Conforme Furtado (FURTADO, 2010), a película é formada por um

polímero termoplástico linear que já vem com a polimerização concluída, ou seja, não

necessita de nenhuma reação de polimerização após a sua aplicação. São exemplos

de veículos não convertíveis as resinas ésteres de celulose, resinas vinilicas, resinas

acrílicas, resinas betuminosas e borrachas cloradas.

TINTA

Veículo

Conversíveis

Não conversíveis

Inorgânicos

Pigmentos

Tintoriais

Reforçantes

Anticorrosivos

Solvente

Verdadeiro

Auxiliar

DiluenteAditivos

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b) Veículos Convertíveis: Constituídos por substancias que sofrem reação

química após a aplicação da película de tinta. Esses revestimentos utilizam resinas

termoestáveis. Para tintas monocomponentes, a tinta pronta vem embalada em um

recipiente, como os óleos secantes e os alquídicos. Sua secagem se processa pela

ação do oxigênio do ar.

Nas tintas bi-componentes, os monômeros, reagem entre si para formar o ligante

que são produzidos e acondicionados separadamente. Para aplicação, os dois

componentes são homogeneizados, e então misturados, formando a mistura que é a

tinta. Os principais componentes das tintas convertíveis são os óleos secantes,

resinas alquídicas, resinas fenólicas e resinas epóxis.

c) Veículos Inorgânicos: São considerados também convertíveis, porém

possuem natureza inorgânica. Como exemplo pode-se citar os Silicatos.

2.4.2.2 Solvente

Primariamente, a principal função dos solventes refere-se a sua capacidade de

solubilizar as resinas e reduzir a viscosidade das tintas necessária para a sua

respectiva aplicação.

Os solventes são eliminados por evaporação logo após a sua aplicação, e assim

não fazem parte da película sólida resultante. Contudo, os solventes, especificados

de forma correta, permitem a otimização das características do filme, agindo

diretamente sobre a viscosidade, propriedades de escoamento, tempo de secagem e

brilho.

Os solventes são classificados em (FURTADO, 2010):

a) Solventes Verdadeiros: Os solventes verdadeiros interagem com a resina,

promovendo o seu “encharcamento”, sua dispersão e dissolvendo o que realmente é

solúvel.

b) Solventes auxiliares: São solventes que sozinhos não são capazes de

solubilizar o veículo, mas podem aumentar o poder de solubilização do solvente

verdadeiro.

Vale ressaltar que a mistura eficaz de vários solventes é o mais usual na

formulação de tintas de alto desempenho.

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39

c) Diluentes: Não possuem o poder de dissolver o veículo, entretanto contribuem

para a redução de sua viscosidade. Exemplo disso é o tolueno que é diluente para

resina epóxi e poliuretana.

Os solventes são compostos de baixo peso molecular constituídos, em sua

grande maioria, por hidrocarbonetos alifáticos, aromáticos, álcoois, cetonas, éteres,

ésteres, e outros compostos orgânicos. A Tabela 5 apresenta os principais solventes

industriais e as respectivas resinas em que é recomendado a sua utilização.

Tabela 5 - Solventes industriais para tintas (adaptado de FURTADO, 2010).

Solvente Resinas

Hidrocarbonetos Alifáticos Óleo de linhaça, alquídicos,

betuminosos de petróleo.

Hidrocarbonetos aromáticos

Borracha clorada, silicones,

acrílicos, betuminosos

aromáticos.

Cetonas e álcoois Vinílicos

Cetonas e hidrocarbonetos

aromáticos Poliuretanas e epóxi-poliuretanas

Cetonas e acetatos Poliuretanas, Vinílicos e acrílicos.

Álcoois e hidrocarbonetos

aromáticos

Epóxi-betuminosos, epóxi-

poliamida, e epóxi poliamina.

Os solventes para resinas epóxi, substância de elevado peso molecular, agem

de forma a separar as macromoléculas uma das outras. As moléculas menores se

ligam as macromoléculas da resina, e através de forças polares e ou apolares,

provoca o “encharcamento” local nos pontos em que essa ligação opera. Assim a

coesão entre as moléculas vai sendo superada pela interposição das moléculas do

solvente, que em pouco tempo consegue separa-la dos restantes da massa sólida

(FORSGREEN, 2006).

2.4.2.3 Pigmentos

Os pigmentos são materiais sólidos distribuídos finamente no aglomerante da

tinta, utilizados para conferir a tinta cor, opacidade, poder de cobertura, resistência à

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corrosão, entre outras propriedades específicas. Eles podem ser classificados quanto

a sua finalidade em três grupos distintos (OLIVEIRA, 2004):

a) Tintoriais: Pigmentos utilizados para comunicar as propriedades de cor e

opacidade a película. Dentre eles destacam-se: pigmentos brancos (dióxido de titânio,

óxido de zinco, liptônio), pigmentos azuis (ftalocianina, azul molibdato), pigmentos

vermelhos (oxido de ferro, vermelho molibdênio, pigmentos metálicos (alumínio), etc.

(OLIVEIRA, 2004).

b) Reforçantes e encorpantes: Essa classe de pigmentos não possui bom

poder de cobertura e não interferem na tonalidade. São denominados de cargas,

conferindo a tinta propriedades especiais, reforçando o filme, regulando o brilho e a

consistência. Esses pigmentos podem ser utilizados para aumentar o teor de sólidos

nas tintas de alta espessura, nas massas e tintas foscas. Outra aplicação é como

componentes de substituição de parte do pigmento anticorrosivo e da resina, pois por

serem mais baratos proporciona a tinta um custo inferior. Como exemplo são os

carbonatos (carbonatos de cálcio e magnésio), silicatos (silicato de magnésio, silicato

de alumínio hidratado), sulfatos (cálcio, bário) (OLIVEIRA, 2004).

c) Anticorrosivos: Esses pigmentos comunicam a tinta propriedades que

reduzem, ou impedem a ocorrência do processo corrosivo. Podem ser classificados

como pigmentos inibidores ou passivadores ou pigmentos protetores. Os pigmentos

inibidores são aqueles que promovem a inibição anódica, reduzindo a intensidade das

pilhas de corrosão, em função da formação e uma precipitação sobre as áreas

anódicas das células de corrosão. Os mais importantes são o zarcão, cromato de

zinco, fosfato de zinco. Já os pigmentos protetores promovem a proteção catódica

galvânica, sendo muito utilizado pós-metálicos como o alumínio, magnésio e zinco

(OLIVEIRA, 2004). Recentemente, tem sido estudado os pigmentos anticorrosivos a

base de nióbio, sendo eles aplicados em tintas epóxi na indústria petroquímica

(MIRANDA et. al., 2004). O pentóxido de nióbio (Nb2O5) tem como uma de suas

principais características a inércia química em praticamente toda a faixa de pH e

potencial, estando ausentes íons provenientes da solubilização do próprio pentóxido

de nióbio. Nesse sentido, não é verificado regiões de corrosão no diagrama de

equilíbrio (POURBAIX, 1974).

d) Especiais: Esses pigmentos possuem funções específicas como

impermeabilizantes, aumentando a proteção por barreira, anti-incrustantes utilizados

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em cascos de navios para evitar a incrustação de organismos, os fluorescentes, entre

outros (Oliveira, 2004).

2.4.2.4 Aditivos: São constituintes complementares a composição primária, que

estão presentes no corpo da tinta, conforme a conveniência durante a formulação. A

sua aplicação varia conforme o ajuste necessário nas propriedades da tinta. Os

principais aditivos utilizados nas tintas são: Plastificantes, secantes, antinatas,

tensoativos, espessantes, nivelantes e folheantes (OLIVEIRA, 2004).

2.4.3 Resina Epóxi

Em tintas anticorrosivas, a utilização da resina epóxi tem sido dominante em

relação às demais resinas sintéticas, haja vista, a sua resistência superior, boa adesão

com diferentes substratos, boa estabilidade dimensional e excelente resistência

química. Estas propriedades são fundamentais para as aplicações em tintas

anticorrosivas (AGGARWAL, et.al., 2007; MALSHE, et. al., 2004).

As resinas epóxi foram sintetizadas pela primeira vez em 1930 por Pierre Castan

na suíça e por Sylvian Greenlee nos Estados Unidos. Os produtos só foram

comercializados pela primeira vez em 1946, quando surgiram os adesivos epóxi. A

primeira aplicação em tintas foi em 1947, e desde então as tintas epóxi tem se tornado

uma das mais importantes famílias de revestimentos (FORSGREEN, 1994).

Essas resinas são obtidas através da reação entre o bisfenol-A e epicloridrina,

formando um polímero linear com dois grupos reativos, o epóxi e a oxidrila. O

resultado é um sólido duro, quebradiço que para aplicações em tintas deve ter as suas

propriedades melhoradas.

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42

Figura 5 - Reação de formação da resina epóxi (Adaptado de FORSGREEN,2006).

A resistência química aos ácidos, bases, água e solventes é consequência direta

da grande estabilidade da ligação éter. Além disso, a presença de grupos reativos

bem espaçados assegura a alta flexibilidade dessa resina, enquanto as inúmeras

interligações possíveis explicam à rigidez e resistência à abrasão (WASKIEWICZ, et.

al., 2013). As interligações que produzem uma estrutura rígida tridimensional podem

ter origem nos grupamentos hidroxilas secundárias, que ocorrem em toda a extensão

das macromoléculas, ou nos grupamentos epóxi, que surgem nas extremidades finais

de cada macromolécula (FURTADO, 2010).

A ampla utilização dessas resinas na proteção contra a corrosão deve-se a

melhoria de suas propriedades através da co-polimeração com outras resinas,

especialmente as poliamidas, aminas alifáticas e aromáticas, além da esterificação

com ácidos graxos. Outros componentes como dispersantes, plastificantes, secantes,

etc., também são adicionados no corpo da tinta para melhoria de suas propriedades

(MALSHE, 2004).

As tintas epóxi são fornecidas em dois componentes em embalagens separadas.

São denominados de componentes A e B. Geralmente o componente A é a resina

epóxi e o componente B é o endurecedor ou agente de cura. A presença de

constituintes específicos como pigmentos e aditivos nos respectivos componentes,

possibilita a melhoria das propriedades da tinta conforme a aplicação desejada

(FURTADO, 2010).

Os componentes devem ser misturados conforme proporção indicada pelo

fabricante, para que a reação de polimerização seja a mais completa possível. Após

a mistura dos componentes A e B a reação de polimerização começa a se processar

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instantaneamente, e em função disso, o potlife (tempo de secagem da mistura) das

tintas epóxi geralmente se limita a poucas horas.

As tintas epóxi apresentam boa proteção por barreira, pois permitem a

formulação de tintas de altas espessuras, com camadas que variam de 100 a 300

micrometros. Essa propriedade surge da não necessidade de oxigênio do ar para sua

cura, o que permite também a aplicação em locais submersos (WASKIEWICZ, et. al.,

2013; MALSHE, 2004).

As tintas epóxi podem ter vários tipos de agentes de cura, todavia, verifica-se

que as resinas a base de amina e ou amida possibilitam maior resistência química

para a película nos ambientes de alta agressividade. Assim, serão detalhados os

aspectos técnicos referentes às reações que envolvem a aplicação desses dois

componentes na resina epóxi (FORSGREEN, 2006)

a) Resina Epóxi-Amina

As aminas possuem duas formas principais de efetivar a reação de

copolimerização das resinas epóxi. Na primeira a amina está presente no segundo

componente, e sua adição com os catalizadores é feita na hora da aplicação. Na

segunda forma, é produzido o aduto amina, através da reação entre uma resina epóxi

de peso molecular baixo e uma amina polifuncional em excesso. O resultado é uma

resina epóxi que pode reagir (polimerizar) quando adicionada uma resina epóxi

básica, na hora da aplicação. Essas reações são apresentadas na figura 6

(FORSGREEN, 2006)

Figura 6 - Principais reações entre o grupo epóxi e uma amina primária.

A secagem inicia-se com a evaporação do solvente, e as macromoléculas da

resina epóxi reagem com as moléculas da amina que ficam incorporadas as novas

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macromoléculas. A velocidade dessas reações pode variar de minutos a horas,

conforme a formulação da tinta. Não obstante, elas são muito sensíveis ao calor, que

acelera bastante a velocidade das reações (FORSGREEN, 2006).

As reações de copolimerização dessas resinas não envolvem ligações tipo

éster, não tendo, porém, a sua resistência comprometida, e obtendo um substancial

ganho na flexibilidade. Na família de tintas epóxi, a resina do grupo amina é a que

apresenta a melhor resistência química, podendo atuar na presença de ácidos, álcalis

e solventes orgânicos. As principais aminas utilizadas são a ureia, a melanina e a

dietilenotriamina (FORSGREEN, 2006).

b) Resinas epóxi-poliamida

As resinas epóxi copolimerizadas com as resinas amidas são as mais

amplamente utilizadas na indústria como proteção anticorrosiva, haja vista, as suas

excelentes propriedades protetoras. De forma análoga as reações epóxi-amina, a

reação de interligação ocorre pelo grupo amida existente ao longo de toda a

macromolécula.

Os ácidos graxos presentes na composição das resinas poliamidas

proporcionam películas mais flexíveis, elásticas, macias e mais resistentes ao impacto

do que as resinas aminas. Essas propriedades tornam as amidas excelentes para

ambientes externos, garantindo boa resistência às intempéries (FORSGREEN, 2006).

As resinas amidas apresentam boa resistência química aos ataques de ácidos,

no entanto a sua resistência ainda é inferior quando comparada ao grupo amina. A

sua resistência aos álcalis e aos solventes é excelente (VERGES, 2005).

2.5 Tinta Epóxi pigmentada com Nb2O5

As tintas pigmentadas com óxido de nióbio têm surgimento nos trabalhos

desenvolvidos pelo professor Luís de Miranda e seus colaboradores (CARVALHO,

2004; ECOPROTEC, 2014), sendo apresentada patente de invenção em 2004

(MIRANDA et. al., 2004). A patente refere-se a revestimentos de nióbio, seus óxidos

e possíveis associações com outros óxidos para aplicação como pigmentos

anticorrosivos em ambientes da indústria do petróleo.

Inicialmente a principal finalidade dessa nova classe de revestimentos é a

neutralização dos efeitos corrosivos dos ácidos naftênicos, que destroem rapidamente

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ligas de aço carbono, aços inoxidáveis e outras ligas especiais (MIRANDA et. al.,

2009).

A corrosão por ácidos naftênicos é causada por ácidos e compostos de enxofre,

oriundos do processo de refino do petróleo. A sua origem inicia-se concomitantemente

com o início do refino e processamento do petróleo. Desde então diversos países em

todo o mundo sofrem com a agressividade do processo corrosivo nessa atividade, que

em alguns casos chega a atingir a expressiva taxa de corrosão de 7mm/ano

(MIRANDA et. al., 2009).

Ao longo dos anos diversos materiais foram testados e utilizados como

alternativas as condições extremas de agressividade em indústrias petroquímicas de

refino do petróleo. Porém, não foi identificado uma solução definitiva para a proteção

anticorrosiva de estruturas e equipamentos (MIRANDA et. al., 2009).

Em função do fraco desempenho desses materiais especificamente nesses

ambientes, o nióbio, sob a forma de óxido, foi considerado uma boa alternativa para

proteção anticorrosiva, haja vista a sua inércia química nos mais diferentes meios. As

suas aplicações podem ser através das tintas pigmentadas com Nb2O5 ou até mesmo

por aspersão térmica.

Poucas referências podem ser encontradas na literatura da utilização do nióbio

como proteção contra a corrosão. Travalloni (TRAVALLONI, 1978) desenvolveu em

sua tese de doutorado na Pierre et Marie Curie University - Paris uma técnica de

deposição eletrolítica do pirocloro na superfície do metal, de forma similar também

surgiu outra técnica utilizando o nióbio como elemento anticorrosivo em ambientes de

baixa temperatura (MIRANDA et. al., 2009).

Atualmente os estudos disponíveis são frutos dos trabalhos iniciais de Carvalho

e Miranda (MIRANDA et. al., 2004), investigando parâmetros da aplicação do óxido

de nióbio na presença de ácidos naftênicos, ou avaliando a resistência a corrosão do

Nióbio metálico.

Carvalho (CARVALHO, 2004) realizou testes em laboratório e em campo

(indústria petroquímica) dos revestimentos de Nb2O5 aplicados por tinta e aspersão

térmica, obtendo bons resultados quanto a proteção anticorrosiva. Esse

comportamento indica elevada probabilidade protetora desses revestimentos nesses

meios (CARVALHO, 2004).

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46

Quelhas (QUELHAS, 2007) em seu trabalho avaliou a resistência a corrosão do

nióbio metálico em meios metanólicos, através de diversos testes eletroquímicos. Foi

identificado alta resistência a corrosão, principalmente pela espontaneidade do

material na formação da camada passiva de Nb2O5.

Mariano (MARIANO, 2008), também estudou os revestimentos de Nb2O5

aplicado através da técnica de aspersão térmica, contudo em ambientes salinos. Foi

obtido bons resultados quanto a resistência mecânica, resistência térmica e corrosão.

Piccini (PICCINI, 2011), investigou os parâmetros envolvidos na aspersão

térmica do oxido de nióbio na superfície do substrato metálico, caracterizando o

revestimento quanto a resistência mecânica, corrosão e morfologia. Verificou-se nos

revestimentos porosidades e trincas sendo necessário a otimização desses

parâmetros do processo.

Junior (JUNIOR, 2011), por sua vez utilizou Nb2O5 associado a outros metais

como cobre, alumínio e níquel, aplicados por aspersão térmica em estruturas

enterradas de linhas de transmissão de energia. A viabilidade técnica desses

revestimentos foi investigada e a sua aplicação foi recomendada através de ensaios

eletroquímicos.

Verificam-se na literatura alguns testes realizados diretamente na indústria.

Tavares (TAVARES,2009) investigou a resistência a corrosão do óxido de nióbio em

equipamentos na Refinaria Duque de Caxias, Rio de Janeiro. Os revestimentos foram

aplicados por aspersão térmica e com a tinta epóxi pigmenta com Nb2O5. Os

resultados apresentaram-se satisfatórios para a tinta epóxi Nb2O5, e na aspersão

térmica foi verificado certa porosidade que prejudicou a proteção anticorrosiva do

revestimento.

As tintas pigmentadas com Nb2O5 foram de fato pouco estudadas, sendo

identificados registros nos trabalhos de Bodstein (BODSTEIN,2006), que avaliou a

resistência a corrosão dessa classe de revestimentos em ambientes da indústria

petroquímica em ambientes de alta temperatura.

Araújo (ARAÚJO,2011), por sua vez estudou a tinta epóxi pigmentada com

Nb2O5 em ambientes salinos com exposição a água do mar. Contudo o foco do

trabalho foi a avaliação da propagação de micro-organismos na superfície do

revestimento.

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A grande maioria dos trabalhos desenvolvidos com aplicação dos revestimentos

de nióbio são, sobretudo, com utilização na indústria do petróleo e através da técnica

de aspersão térmica. Não obstante, como verificado na indústria de processamento

químico, existem alguns ambientes e condições diferentes das encontradas na

indústria petroquímica, que possuem agressividade igual ou superior para

equipamentos e estruturas.

Esses ambientes não possuem materiais resistentes a sua agressividade típica,

e até o momento não foram verificados nenhum trabalho utilizando os revestimentos

de Nb2O5, o que caracteriza uma grande lacuna na literatura a respeito desse tema.

O diagrama de Pourbaix para o sistema Nb-H2O a 25°C (figura 7), apresenta a

condições de estabilidade termodinâmica do nióbio e seus óxidos, em água e soluções

aquosas. Nesse diagrama pode-se verificar que o nióbio permanece inerte em

praticamente toda a faixa de pH e potencial, não apresentando regiões de corrosão.

Figura 7 - Diagrama de equilíbrio potencial-pH para o sistema Nb-H2O, a 25°C (CONDE,2014).

Verifica-se no diagrama que para toda a faixa de pH, o nióbio possui a tendência

da formação de uma camada de oxido em sua superfície. O comportamento

eletroquímico dessa camada de oxido depende diretamente das propriedades de

compactação, impermeabilidade, continuidade e estabilidade termodinâmica no

eletrólito considerado. Não obstante, conforme verificado em uma ampla gama de

soluções estudadas o nióbio mantem a sua estabilidade eletroquimica, não

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apresentando regiões de corrosão. Assim, descortina-se, um imenso campo de

aplicação dos revestimentos de nióbio nos mais diferentes meios corrosivos,

especialmente as tintas pigmentadas com Nb2O5 em indústrias de processamento

químico, que possuem diversos elementos corrosivos, e características muito

agressivas de microclimas.

Os pontos observados no diagrama em que se verifica a formação de ións (pH=

-1 e E=0) são raramente encontrados na indústria química não tendo relatos descritos

na literatura em relação ao seu surgimento nesses ambientes.

As tintas pigmentadas com oxido nióbio possuem em sua composição

pigmentos, resinas, solventes, cargas e alguns outros componentes que lhe dão a

excelente capacidade protetiva de superfícies metálicas. A composição dessas tintas

possui variadas formulações com resinas e pigmentos, de modo a atender os padrões

normais de fluidez, homogeneidade, coloração, poder de recobrimento, CPC

(Concentração em volume de pigmento) e CPVC (concentração crítica de pigmentos

em volume) adequados.

As formulações a serem utilizadas dependem diretamente das características do

microclima em que a tinta será aplicada. As resinas mais aplicadas são a epóxi, que

possuem excelente resistência química, boa permeabilidade e adesão. Elas são

aplicadas em diversos ambientes químicos, porém podem ser utilizadas somente em

temperaturas até 100°C.

Em ambientes que possuem temperaturas superiores pode-se utilizar as resinas

a base de silicone, que apresentam boas características de proteção e podem ser

utilizadas até temperatura de 600°C.

O óxido de nióbio, aplicado como pigmento anticorrosivo mais utilizado nas tintas

e revestimentos geralmente é descrito com a seguinte composição: NbxOy, podendo

o X variar de 1 a 2 e o Y varia entre 1 e 5, possuindo as seguintes características

físicas conforme apresentado na Tabela 6:

Tabela 6 - Características físicas do oxido de nióbio das tintas epóxi-Nb2O5 (adaptado de

Miranda 2009).

Propriedades Dados

Ponto de Fusão 1520°C

Densidade 4,47 g/cm³

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Granulometria -45 a 5,6 PM

PPM de enxofre <10

PPM de chumbo < 1

A compatibilidade entre as resinas e os pigmentos de nióbio são semelhantes

aquelas utilizadas aos pigmentos da família silicatos, muito usuais em tintas bi-

componentes com as seguintes formulações (MIRANDA, et. al., 2009):

Componente A: Resina na proporção 9,2 a 24,1% em massa, óxido de nióbio de

30 a 40%, acetona entre 20-30%, Pearly Silica 2,4%, castor oil 1,3%.

Componente B: Poliamida 70-80%, amina 5-6% e acetona de 20-30%.

Miranda, (MIRANDA, et. al., 2009) apresenta em seu trabalho três exemplos de

formulações utilizando a resina epóxi e a resina de silicone. As formulações são

ajustadas com a inserção de componentes variados como: encorpantes, aditivos,

solventes, dispersantes, entre outros conforme descrito nas Tabelas 7,8 e 9:

Tabela 7 – Exemplo 1 – Formulações de tintas epóxi-Nb205.

Componente A

Epoxy 24,1%

Óxido de Nióbio 36,1%

Acetona 36,1%

Pearly Silica 2,4%

Castor oil 1,3%

Componente B

Poliamida 72,2%

Amina 5,1%

Acetona 22,7%

Tabela 8 - Exemplo 2 – Formulações de tintas epóxi-Nb205

Componente A

Epoxy 19,2 %

Silicone 4,8%

Óxido de Nióbio 36,1%

Acetona 36,1%

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Pearly Silica 2,4%

Castor oil 1,3%

Componente B

Poliamida 72,2%

Amina 5,1%

Acetona 22,7%

Tabela 9 - Exemplo 1 – Formulações de tintas silicone-Nb205

Silicone 50%

Óxido de Nióbio 50%

2.5.1 Melhores práticas de aplicação da película

A performance dos revestimentos está ligada diretamente com as características

de aplicação da tinta, sendo influenciada por alguns pontos importantes:

A) Preparação de superfícies:

A preparação de superfícies interfere diretamente na capacidade de adesão da

tinta ao substrato metálico. A superfície metálica deve ser limpa, estando isenta de

qualquer sujidade como óleo, graxas, poeiras e outros materiais que possam dificultar

a adesão da película. Verifica-se que partículas sólidas não aderentes a superfícies

podem ser removidas a seco utilizando escovação mecânica. Óleos e graxas com a

utilização de solventes SSPC-SP1.

O tratamento superficial deve ser feito através do jateamento abrasivo com a

obtenção do grau de acabamento Sa2.1/2 ou Sa3 (ISO 8501-1:2007 ou SSPC-SP6).

A avaliação do grau de acabamento superficial deve ser avaliada em conformidade

com a ISO 8504:2000, devendo a superfície ter um perfil de rugosidade entre 45 e 80

µm.

A eficiência da tinta pode ser consideravelmente aumentada através da

eliminação de respingos de soldas e de áreas danificadas, bem como arestas e cantos

vivos.

B) Preparação da Tinta:

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A mistura da tinta (componente A e B) pode ser realizada de forma manual ou

com a utilização de um agitador elétrico (450 RPM) a fim de homogeneizar os

respectivos componentes e evitar a formação de bolhas até a dispersão total das

cargas.

Salienta-se que para a tinta epóxi-Nb2O5 é recomendado a mistura dos

componentes A e B em proporção volumétrica a ser especificada pelo fabricante. A

diluição da tinta pode ser feita em até no máximo 10% de seu volume, dependendo

da forma de aplicação. Verifica-se que a diluição excessiva pode prejudicar o

desempenho da tinta e dificultar a obtenção da espessura desejada.

C) Formas de aplicação:

A tinta epóxi Nb2O5 pode ser aplicada utilizando os métodos convencionais de

pintura, devendo, no entanto, ser observada algumas características de parâmetros e

equipamentos. A Tabela 10 apresenta os principais tipos de aplicação de tintas em

superfícies metálicas.

Tabela 10 - Formas de aplicação para tinta epóxi-Nb2O5.

Aplicação Observações

Pistola airless Bicos: 0,45-0,58mm

Pressão do fluído: Maior que 2500 PSI

Pistola ar comprimido Pistola: DeVibiss MBC ou JGA

Capa de ar: 704 OU 765

Bico de fluido: E

Trincha Podem ser atingidas valores de 300-400 um

Rolo Podem ser alcançados valores de 75-100 um

2.5.2 Características do revestimento

A Tabela 11 apresenta as características da película da tinta epóxi-Nb2O5

desenvolvida por Ecoprotec,2014:

Tabela 11 - Características da tinta epóxi-Nb2O5.

Cor Branca

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Sólidos por massa Entre 85% e 96%

Espessura por demão 300 – 400 µm (trincha)

Ponto de Fulgor Maior que 55°C

Rendimento teórico 1,37 Kg/m²/1mm de espessura ou

3m²/l/1mm

Resistência ao calor seco 90°C para temperaturas contínuas, ou picos

de 110°C

Massa específica 1,4 g/cm³

Secagem ao toque 25°C: 3h; 35°C:2,5h

Secagem final 25°C: 7 dias; 35°C:5 dias

Intervalo de repintura 25°C: 6h; 35°C:4h

2.5.3 Nióbio e os seus Óxidos

O nióbio foi descoberto no século XIX por Charles Hatchett na Inglaterra, e

estava associado inicialmente ao ferro. A sua nomenclatura inicial era colúmbio, e o

mineral do qual o óxido foi extraído columbita, em referência a sua origem que era a

América (QUELHAS, 2007; FERNANDES,2014).

Posteriormente a sua descoberta o nióbio foi separado de uma amostra de

tântalo, batizado de nióbio, em homenagem a deusa Nióbe, filha do rei Tântalo na

mitologia grega. Em 1948 a união internacional de química pura (IUPAC) estabeleceu

que o novo elemento, de número atômico 41, seria denominado de nióbio, embora

alguns países ainda se utiliza o nome colúmbio (FERNANDES,2014).

As aplicações para o nióbio foram sendo descobertas o longo dos anos, dentre

elas a de Woodhead em 1960, que conseguiu melhorar as propriedades mecânicas

de aços carbonos através da utilização do nióbio em pequenas porções (QUELHAS,

2007).

Esse metal possui uma ampla gama de aplicações industriais. Sendo utilizados

como elementos de liga em superligas, supercondutores, anodos de proteção

catódica, turbinas de foguetes, rebites de foguetes, lâmpadas de sódio a vapor e mais

recentemente em aplicações no processamento químico (MARIANO, 2008).

Silva (SILVA, 2001), estima que o perfil de consumo de nióbio distribui-se em:

75% na fabricação de aços microligas (sob a forma de ferronióbio); 12% são utilizados

na fabricação de aços inoxidáveis resistentes ao calor, também sob a forma de

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ferronióbio; 10% (na produção de superligas na forma de óxido de nióbio); e 3% para

outros usos (também na forma de óxido de nióbio).

A ampla gama de aplicações desse metal deve-se, principalmente as excelentes

propriedades, que possibilitam a utilização em ambientes com diferentes condições

térmicas, de pressão e ataques químicos, podendo ser utilizado junto com outro metal

ou individualmente conforme aplicação.

2.5.3.1 Propriedades do Nióbio:

Na tabela periódica o seu número atômico é o 41, estando junto dos metais de

transição na tabela periódica. Possui uma cor cinza, e após polimento tem um brilho

que se assemelha a platina.

O seu ponto de fusão é de 2465°C e o de ebulição está entre 4740°C e 4930°C.

A sua densidade é de 8,55 g/cm³ sendo a menor entre o grupo dos metais refratários

(vanádio e tântalo), favorecendo a utilização onde o peso é fator crítico, conforme

verificado na Tabela 12 (MARIANO, 2008; QUELHAS, 2007; GRAHAN et. al., 2001).

Tabela 12 - Propriedades físicas do Nióbio (GRAHAN et. al., 2001).

Propriedades

Estrutura cristalina Cúbica de corpo centrado - CCC

Massa atômica 92.9064

Densidade 8.57 g/cm3

Ponto de fusão 2468°C

Ponto de ebulição 4927°C

Coeficiente de expansão térmica 0,73 X 10-5 ºC

Resistividade elétrica (20°C) 15 .cm

Calor específico 265J/ (KgºC)

Condutividade térmica 53,7W/(mºC)

A sua estrutura cristalina é do tipo cubica de corpo centrado (CCC), o que

permite um fácil deslizamento das camadas, proporcionando ao metal puro grande

ductilidade. É um metal dúctil e macio, que pode ser trabalhado a frio até 90% antes

que seja necessário o tratamento térmico de recozimento. A resistência mecânica do

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metal e de suas ligas está associada diretamente a presença elementos intersticiais

como o C, O, N, Zn e Ti (QUELHAS, 2007; GRAHAN et. al., 2001). A Tabela 13

apresenta as propriedades mecânicas do nióbio.

Tabela 13- Propriedades mecânicas do nióbio (GRAHAN et. al., 2001).

Propriedades Valores

Recozimento

Resistência a tração Final 195 MPa

Limite escoamento 105 MPa

%Alongamento 30%

%Redução de área 90%

Trabalho a frio Resistência a tração Final 585 MPa

%Alongamento 5%

Dureza Recozido 60HV

Trabalho a frio 150HV

Módelo de Elasticidade Transversal 103 GPa

Cisalhamento 37,5 GPa

Coeficiente de poisson 0,38

Coeficiente de encruamento 0,24

Temperatura de recristalização 1073-1373 K

2.5.3.2 Exploração Mineral

O nióbio é encontrado na natureza junto do tântalo, devido à forte afinidade entre

eles. Existem mais de 90 espécies de nióbio e tântalo conhecidas, das quais se

destacam: Columbita-tantalita (Fe, Mn) (Nb, Ta2) O6 com teor máximo de 76% de

Nb2O5; o pirocloro (Na3, Ca)2 (Nb, Ti) (O, F)7 com teor máximo de 71% de Nb2O5,

sendo as principais fontes de nióbio no brasil e no mundo (SILVA, 2001).

A columbita-tantalita geralmente é encontrada associada aos pegmatitos, ou

seja, são constituintes finais do magma granítico. Trata-se da rocha plutônica,

resfriada lentamente abaixo da superfície terrestre e dando origem a cristais que

podem chegar a 20 m de comprimento. Nos pegmatitos, também se pode encontrar

uma série de outros minerais como quartzo, feldspato, mica, terras raras, gemas,

cassiterita (estanho) (FERNANDES, 2010).

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55

O pirocloro é encontrado em carbonatitos associados às intrusões alcalinas do

cretáceo superior, da era mesozoica. Nos carbonatitos podem-se encontrar os

minerais nióbio, níquel, cobre, titânio, vermiculita, apatita, terras raras, barita, fluorita,

além do urânio e tório (SILVA,2001).

No Brasil estão concentradas as principais e maiores reservas mundiais de

nióbio, seguido pelo Canadá e Austrália. As reservas aferidas de Nb2O5 e aprovadas

pelo DNPM (departamento nacional de pesquisa mineral) contabilizaram

aproximadamente 842.460.000 toneladas com teor médio de 0,73% de Nb2O5. Em

Araxá-MG e Tapira-MG estão concentradas 75,08%, em São Gabriel e presidente

Figueiredo no Amazonas está 21,34% e 3,58% em Catalão e Ouvidor em Goiás

(FERNANDES, 2010; SILVA, 2001). A Tabela 14 apresenta as reservas de Nb2O5 por

estado indicando a o teor de Nb2O5 presente no minério explorado (FERNANDES,

2010):

Tabela 14 - Total das reservas de Nióbio no Brasil em 2008.

UF

Minério

1000

TON

Medida

contida em

Nb2O5(TON)

Teor

(%)

Indicada

1000

TON

Inferida

1000

TON

TOTAL

1000 T

MG 632.560 3.851.232 0,61 15.400 1.100 649.060

AM 179.795 2.038.523 1,13 460.640 2.852.893 3.493.328

GO 30.105 97.504 0,32 39.638 8.208 77.951

TOTAL 842.460 5.987.259 0,71 515.678 2.862.201 4.220.339

Além de possuir as maiores reservas, o Brasil também é o maior produtor

mundial de Nióbio, com a expressiva marca de 98% de todo o metal produzido no

mundo. O percentual restante de produção fica dividido entre Canadá e Austrália.

A AMG mineração S/A, subsidiária da holandesa Advanced Metallurgical Group

(AMG), localizada em Nazareno-MG, informou recentemente que suas reservas de

tântalo, estanho, nióbio e lítio na mina de Volta Grande são 153% maiores que o

previsto inicialmente. Estudos realizados pela companhia apontam que os recursos

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alcançam 14,7 milhões de toneladas. Conforme comunicado da empresa, a estimativa

é que a vida útil das reservas no Sul de Minas alcance 20 anos, levando-se em

consideração os atuais níveis de produção, custos operacionais e cenário econômico

(FERNANDES,2010).

2.5.3.3 Óxidos de Nióbio

Os óxidos de nióbio podem apresentar diferentes formas estequiométricas,

dentre as quais se se destacam: o monóxido de nióbio (NbO), dióxido de nióbio (NbO2)

e o pentóxido de nióbio (Nb2O5). Algumas estruturas não estequiométricas (NbxOy)

também tem sido relatada, porém são menos estudadas apesar de em alguns casos

apresentarem propriedades paramagnéticas (LYAKISHEV, 1984).

O dióxido de nióbio apresenta-se como um sólido azul escuro com diferentes

estruturas cristalinas: rutilo, tetragonal e monoclínica. Possui um caráter

diamagnético, sendo insolúvel em água e forte agente redutor, todavia as suas

propriedades físicas ainda não são completamente compreendidas. A estrutura do

NbO2 só existe quando a razão entre o O/Nb permanece próximo a 2 (LYAKISHEV,

1984).

Quando essa razão é diminuída, é formado o NbO, sólido de coloração que varia

de preto a marrom, tendo o ponto de fusão próximo a 1930°C. A estrutura cristalina

cúbica de face centrada (CFC) proporciona uma condutividade metálica, diferente dos

outros óxidos, que são semicondutores. Por outro lado, quando essa razão é

aumentada, a estrutura acaba por apresentar algumas fases do Nb2O5 (LYAKISHEV,

1984; NOWAK, 2004).

O pentóxido de nióbio é sólido branco, insolúvel em água, semicondutor, estável

ao ar e a temperatura ambiente, sendo considerado inerte em vários ambientes. Sua

estrutura cristalina apresenta um amplo poliformismo, com a presença de octaedros

distorcidos (Nb2O6), pentaedros (NbO7) e hexaedros (Nb2O8). Sua cristalinidade é

fortemente influenciada pela temperatura de calcinação durante a sua síntese. A alta

complexidade estrutural do Nb2O5 está relacionada com o seu poliformismo

característico, cujo grau depende do método e parâmetros da síntese (NOWAK,

2004).

Para Brauer (BRAUER,1941), o Nb2O5 possui três fases cristalográficas que

ocorrem em diferentes temperaturas: fase T (até 900°C), fase M (900 a 1100 °C) e

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fase H (acima de 1100°C). Schafer (SCHAFER et. al.,1966) também encontrou as

mesmas fases cristalográficas, contudo, apresentando pequenas diferenças nas

temperaturas de transição.

Frevel (FREVEL et.al., 1955), ainda encontraram uma fase TT, formada em

temperaturas inferiores a fase T. As duas fases apresentam estruturas semelhantes,

com padrões de difração de raios x similares, em que a maiorias das reflexões

existentes na fase T (ortorrômbica), ocorrem também na fase TT (pseudohexagonal).

Sugere-se a fase TT seja apenas uma fase metaestável da fase T que apresenta

menor cristalinidade.

A Figura 8 apresenta as principais fases polimórficas do pentóxido de nióbio.

Figura 8 - Poliformismo do Nb2O5 (LOPES, 2003).

A unidade estrutural do óxido de nióbio amorfo Nb2O5.nH2O possui o octaedro

distorcido (NbO6), o pentaedro (NbO7) e o hexaedro (NbO8). A sua cristalização inicia-

se em baixa temperatura com a forma T, a aproximadamente 500°C. Todavia, em

temperaturas próximas a 830°C, a cristalização ocorre mais rapidamente, com o

surgimento da forma M (temperatura média).

A forma T apresenta a célula unitária contém 42 átomos de oxigênio, em que oito

íons da nióbia estão presentes em um octaedro distorcido, enquanto outros oito íons

ocupam uma bi-pirâmide pentagonal. O polimorfismo principal do Nb2O5 destacado

acima para a forma T, conforme apresentado na figura 9, é obtida como policristais a

partir do tratamento térmico do pentóxido em contato com ar ou oxigênio, variando a

temperatura. Esses cristais não podem ser obtidos do Nb2O5 puro, entretanto, eles

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podem ser formados pelas reações químicas na presença de halogênios, geralmente

o cloro (LOPES, 2003).

Figura 9 - Projeção do Nb2O5 na forma T (LOPES, 2003).

A fase TT apresenta uma cristalinidade inferior, sendo considerada uma forma

intermediaria TT-Nb2O5 (300-500°C), que possui uma célula unitária pseudo-

hexagonal e uma pentagonal (tetragonal e bipiramide). A Pseudo-hexagonal possui

defeito constitucional de um átomo de oxigênio por célula unitária e a pentagonal com

seis ou sete átomos de oxigênio coordenados ao átomo de Nb.

A conversão completa ocorre acima de 1000°C, em que se desenvolve a terceira

transformação, forma H, que é a mais estável termodinamicamente. A forma H do

pentóxido de nióbio apresenta uma estrutura formada de blocos de Nb2O6 que dividem

o canto com octaedro do seu bloco e a borda com octaedro de outro bloco. A Figura

10 apresenta a estrutura da forma H.

Figura 10 - Estrutura do Nb2O5 na forma H. Octaedro Nb2O6 no sítio tetraédrico (LOPES, 2003).

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59

2.5.3.4 Resistência à corrosão do nióbio

O nióbio e seus óxidos possuem características que os tornam importantes para

o uso em variadas aplicações: Supercondutores, catalizadores de reações, bio-

revestimentos, etc., Não obstante, uma das mais promissoras utilizações dessa classe

de materiais refere-se a sua propriedade anticorrosiva, em função de sua excelente

estabilidade química em variados microclimas (RAMIREZ, et. al., 2010 e MUJAWAR

et. al., 2006). Pourbaix, (POURBAIX, 1974) destaca em seu trabalho a excelente

inércia química do nióbio e seus óxidos nos mais distintos meios.

Os óxidos são os responsáveis pela proteção anticorrosiva nas ligas de nióbio,

e são originados após a passivação do nióbio permanecendo aderentes na superfície

do metal. A sua origem decorre da interação do nióbio com o oxigênio, podendo

apresentar a seguinte estequiometria: NbO, NbO2, Nb2O5 ou uma composição dos

três, tendo a sua formação condicionada ao meio o qual o metal está exposto

(MARIANO, 2008).

Os óxidos de nióbio podem também ser produzidos de forma industrial, através

de processamento químico dos minérios de columbita-tantalita, e posterior calcinação

e secagem, similarmente ao que ocorre no grupo AMG Brasil.

A excelente resistência à corrosão dessa classe óxidos é explicada por sua

inércia química em diferentes meios. A Figura 11 apresenta o diagrama de Pourbaix

a 25°C para o sistema Nb-H2O. Este diagrama representa as condições de

estabilidade termodinâmica e seus derivados que possam existir na presença de água

e soluções aquosas.

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60

Figura 11 - Diagrama de equilíbrio potencial-pH para o sistema Nb-H2O, a 25°C (adaptado POURBAIX, 1974).

No diagrama de equilíbrio Nb-H2O verificam-se apenas regiões de imunidade e

passividade para toda a faixa de pH e potencial, não apresentando em nenhum ponto,

portanto, regiões de corrosão.

O nióbio reage prontamente com a água para formar o óxido de nióbio. Se o óxido

forma um filme fino e compacto, como é o caso em água pura e muitas soluções

aquosas diluídas, a resistência à corrosão é excelente.

A formação dos filmes de óxidos de nióbio na presença de água ocorre da seguinte

forma (D’ALKAINE, 1993):

Tabela 15 - Reações de equilíbrio no sistema Nb-H2O

Linha Reações Potencial (mV)

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1 Nb + H2O → NbO + 2H+ +

2e-

-0,733

2 NbO + H2O → NbO2 + 2H+ +

2e-

-0,625

3 2NbO2 + H2O → Nb2O5 + 2H+

+ 2e-

-0,289

A 2H+ + 2e- - H2

2H2O + 2E- - H2 + 2OH-

B 4OH- - 2H2O + O2 + 4E 1,23

A resistência à corrosão do nióbio em diversos meios tem sido destaque para

muitas aplicações industriais. Os ambientes corrosivos de grande resistência do Nb

incluem ácidos minerais, ácidos orgânicos, metais líquidos e sais. Destaca-se também

a sua resistência em soluções contaminadas com fluoretos, sendo o único entre os

metais reativos (GRAHAN et. al., 2001 e MARIANO, 2008).

Em ambientes contendo baixas concentrações de ácido sulfúrico o Nb possui

boa resistência a corrosão na temperatura ambiente, podendo ser fragilizado em

concentrações superiores a 40% e em temperaturas elevadas. A Figura 12 mostra a

curva de iso-corrosão do nióbio em ácido sulfúrico comparadas com outros materiais

(NIOBIUM SCIENCE & TECHNOLOGY, 2001).

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H2SO4 % Massa

Figura 12 - Curva de iso-corrosão (0,13mm/ano) do Nb e outros materiais em soluções de ácido sulfúrico. Temperatura X H2SO4 %massa. (Niobium Science & Technology, 2001)

O nióbio possui resistência à corrosão em ambientes contendo ácido clorídrico

em concentrações menor que 13% em temperaturas acima do ponto de ebulição e em

concentrações elevadas com temperaturas mais baixas, como apresentado na Figura

13 (NIOBIUM SCIENCE & TECHNOLOGY, 2001).

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HCl % massa

Figura 13 - Curva de iso-corrosão (0,13 mm/ano) do Nb e outros materiais em soluções de ácido clorídrico (Niobium Science & Technology, 2001).

Genericamente as soluções salinas não promovem ataques corrosivos no nióbio,

que apresenta boa resistência em soluções de cloretos água do mar, mesmo na

presença de agentes oxidantes (QUELHAS, 2007).

2.6 Técnicas para avaliação de revestimentos

A avaliação de tintas e revestimentos busca compreender as propriedades,

mecanismos de proteção e degradação, e também comparar a resistência de dois ou

mais tipos em um determinado ambiente. Existe uma preocupação constante para o

desenvolvimento de técnicas eficientes para a determinação da resistência dos

revestimentos (ROLON, 2005).

Na avaliação das tintas e revestimentos existem vários métodos que investigam

as suas respectivas propriedades. Os ensaios de campo são os que mais se

aproximam das condições reais de agressividade de um microclima corrosivo. Um dos

principais testes realizados é o ensaio de intemperismo, em que se posicionam

cupons pintados com a tinta diretamente no ambiente a ser avaliado. É um teste lento

e qualitativo, mas que apresenta bons resultados práticos na indústria.

Os testes em laboratório também são muito comuns na investigação da

resistência à corrosão. A sua vantagem é o tempo reduzido para a obtenção de

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resultados. Não obstante, a grande dificuldade está em simular a agressividade do

meio e as condições de operação no sistema avaliado.

Verifica-se também que é possível a realização de ensaios eletroquímicos

diretamente em campo, através das técnicas de polarização e impedância

eletroquímica, além do potencial ao longo tempo. Entretanto, não é uma prática muito

comum, tendo em vista as dificuldades para se estabelecer um ambiente controlado

em campo.

Nesse sentido, os testes mais utilizados para avaliação de tintas se dividem em

ensaios acelerados e eletroquímicos:

2.6.1 Ensaios de Intemperismo

Os testes de intemperismo são muito importantes para investigar a resistência

de um revestimento nas condições reais de agressividade de um microclima.

Nas áreas industriais existe uma ampla gama de parâmetros que influenciam na

degradação de um revestimento: raios UV, agentes corrosivos, temperatura de

operação, pressão de trabalho, umidade excessiva, ações mecânicas, entre outros.

Nesse sentido, o entendimento da corrosividade ou agressividade de uma atmosfera

em um ambiente específico é essencial quando se objetiva especificar materiais ou

sistemas de proteção (SANTOS, 2005).

Os testes de intemperismo são denominados também de ensaios de corrosão

atmosférico não acelerado. A NBR 6209 (ABNT NBR 6209, 2007) estabelece os

critérios a serem seguidos para o teste a céu aberto, com a finalidade de se obter

dados e comparar diferentes materiais sujeitos aos fatores característicos de cada

região. A normativa, NBR 6209 (ABNT NBR 6209, 2007), considera que os cupons

testados, com área mínima de 100 cm², devidamente pintados, devem ser fixados em

uma estrutura (RACK) com dimensionamento específico. Os resultados dos testes são

comparados entre si qualitativamente e através de mecanismos como o estabelecido

na NBR 8397 (ABNT NBR 8397, 1984) para o cálculo da taxa de corrosão. As

atmosferas dos testes são classificadas conforme os critérios da NBR 14643 (ABNT

NBR 14643, 2001).

Para ambientes industriais é comum a realização dos testes de intemperismo,

sem adoção dos critérios estabelecidos pela NBR 6209 (ABNT NBR 6209, 2007). A

disponibilidade de espaço e as características de equipamentos nas áreas produtivas

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muitas vezes impedem o posicionamento e fixação das amostras nos racks. Assim,

os cupons (corpos de provas) são instalados quase sempre diretamente nos

equipamentos ou nas proximidades do ambiente avaliado.

Selvaraj (SELVARAJ et. al., 2009), investigou a resistência à corrosão de

sistemas de pintura, aplicados em corpos de provas, nos microclimas da indústria

química. Os resultados foram complementados com testes de impedância

eletroquímica, se mostrando um método eficiente para análises de revestimentos.

Os resultados obtidos nos ensaios de corrosão atmosférica podem ser

comparados qualitativamente através de inspeção visual, com auxílio da microscopia

ótica, eletrônica, através da difração de raios X e por técnicas eletroquímicas

complementares (YANG et. al., ,2001).

Verges (VERGES, 2005), em seu trabalho comparou a resistência à corrosão de

diferentes esquemas de pintura, expostos a intempéries, utilizando testes de corrosão

em campo e em laboratório. Araújo (ARAÚJO, 2005), por sua vez investigou as

propriedades de pigmentos anticorrosivo em tintas, realizando o ensaio de corrosão

atmosférica, e complementando o conjunto de resultados com outros testes como:

Curvas de polarização, Impedância eletroquímica, câmaras de corrosão, potencial ao

longo tempo, entre outros.

Nas indústrias químicas, o grande entrave para o desenvolvimento de testes de

intemperismo é o tempo para obtenção dos resultados. Geralmente os resultados

desses testes podem levar meses ou até anos e a unidade fabril sempre exige

soluções quase que instantâneas.

Nesse sentido, uma boa alternativa para se investigar os revestimentos e tintas

são os ensaios acelerados de corrosão e os testes eletroquímicos. Nesses testes os

resultados podem ser obtidos de forma mais rápida, e as soluções técnicas em

materiais e sistemas protetores podem alcançar bom desempenho. Todavia, a

simulação das condições de agressividade de um microclima pode ser uma tarefa

difícil, tendo em vista toda a complexidade que envolve uma atmosfera não

controlada.

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66

2.6.2 Câmaras climatizadas de corrosão

Os ensaios acelerados nas câmaras de corrosão visam simular as condições

reais de agressividade encontradas em campo, através da realização de ensaios em

laboratório.

A simulação dessas condições é tarefa de grande complexidade. Em ambientes

industriais existem uma ampla gama de parâmetros e variáveis que interferem na

dinâmica do processo corrosivo. Assim, a utilização das câmaras tem o intuito de isolar

uma dessas variáveis e avaliar a sua influência na corrosão do metal (BRUNNER, et.

al., 2005).

A grande vantagem da realização de testes em câmaras está na velocidade de

obtenção de resultados, quando comparada com os testes realizados diretamente em

campo. No que tange o controle do microclima corrosivo, as câmaras climatizadas

possibilitam a obtenção de excelentes resultados. Para os testes de tintas e

revestimentos os resultados encontrados ainda podem ser comparados com

diferentes sistemas protetivos, servindo como referência básica (DEFFLORIAN et. al.,

2008 e BAUKHM et. al., 2013).

Diversas metodologias e instruções técnicas normativas são aplicadas nos

testes realizados nas câmaras climatizadas. Destacam-se, portanto, os ensaios de

névoa salina (Salt Spray), 100% umidade, dióxido de enxofre (SO2) e raios UV entre

os principais testes realizados em câmaras de corrosão.

2.6.3 Ensaios eletroquímicos

A avaliação do comportamento eletroquímico dos revestimentos anticorrosivos

é fundamental para definir a sua resistência e eficiência. A sua vantagem em relação

aos ensaios de campo e testes acelerados em câmaras climatizadas é a sua rapidez

de resposta. Geralmente obtêm-se resultados em tempos inferiores aos demais

testes.

Outro benefício da realização de testes eletroquímicos reflete-se no

entendimento completo da cinética do processo corrosivo, obtendo precisos

resultados. É possível também verificar a influência de todos os parâmetros avaliados

na corrosão do metal.

Os ensaios eletroquímicos geralmente são realizados em laboratório. Todavia,

também podem ser realizados diretamente em campo, contudo, não é prática

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comumente adotada, haja vista a complexidade e diversidade de se isolar e

determinar os parâmetros in loco.

Dentre as principais técnicas eletroquímicas se destacam as medidas de

impedância e potencial ao longo do tempo e as curvas de polarização.

2.6.3.1 Impedância eletroquímica

As propriedades anticorrosivas de um revestimento não são exclusivamente

físicas, conforme já abordado. Silva (SILVA, 2006) afirma que elas possuem um forte

caráter elétrico e químico na presença de um meio corrosivo, o que tem motivado

diversos estudos que investigam o mecanismo de proteção eletroquímica conferida

pela tinta.

Na investigação da proteção anticorrosiva das tintas, a espectroscopia de

impedância eletroquímica (EIE) é um dos métodos mais importantes e utilizados. Esta

técnica permite monitorar a degradação da tinta quando exposta em um ambiente

agressivo (SILVA, 2006; PARQUET, 2005).

Beaunier (BEAUNIER, et. al., 1976) interpreta a EIE com uma associação feita

a um circuito elétrico equivalente. A impedância eletroquímica é um parâmetro de um

circuito elétrico, que mede a habilidade desse circuito para resistir ao fluxo de corrente

elétrica.

Nesse circuito elétrico, apresentado na Figura 14, Cc e Rc estão relacionados

com a tinta e Zf corresponde a ocorrência dos processos faradáicos, presentes na

interface revestimento/metal. Conforme, o circuito, em tempos iniciais do teste

realizado a amostra irá apresentar o comportamento de um capacitor perfeito. Verifica-

se também que a capacitância da amostra deve aumentar, enquanto a resistência

tende a diminuir, em função da permeação de água e íons agressivos que ao entrarem

em contato com a interface metal/revestimento iniciam o processo corrosivo

(BEAUNIER, et. al., 1976; SILVA, 2006).

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68

Figura 14 - Circuito equivalente geral, proposto por BEAUNIER (Beaunier et. al., 1976), onde na literatura Zf = Rp.

A impedância eletroquímica geralmente é aferida utilizando um pequeno sinal de

excitação. Em um sistema linear (pseudolinear), a corrente de resposta para um

potencial pode ser uma senoide com frequência igual, e com a variação de uma fase.

Figura 15 - Corrente de resposta senoidal em um sistema linear.

O sinal do estímulo é expresso em função do tempo:

𝐸(𝑇) = Eo cos (ωt) (7)

O E(t) é o potencial para o tr, Eo é a amplitude do sinal e ω é a frequência radial.

A relação entre a frequência radial ω (expressa em radianos / segundos) e frequência

f (expressa em hertz) é:

𝜔 = 2𝜋𝑓 (8)

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69

Para um sistema linear, o sinal de resposta, lt, é substituído em fase e tem uma

amplitude diferente, lo:

I(t) = Iocos(ωt − φ) (3) (9)

A impedância pode ser calculada também por uma expressão semelhante à lei

de Ohm, como:

𝑍 =𝐸(𝑡)

𝐼(𝑡)=

Eo cos (ωt)

Iocos(ωt−φ)= 𝑍𝑜

cos (ωt)

cos(ωt−φ) (10)

Assim, a impedância pode ser determinada em termos de magnitude por Zo e

por uma variação de fase f. Fazendo uma análise da amplitude do sinal senoidal, eixo

X, e do sinal senoidal I(t), eixo y, teremos uma resposta gráfica de uma elipse,

conforme Figura 16. Esta elipse é denominada figura de Lissajous, e após uma

projeção em um osciloscópio (PARQUET, 2005).

Figura 16 – Corrente de resposta em um sistema linear (Parquet, 2005)

Analisando a figura de Lissajous a partir de uma projeção em um osciloscópio,

pode ser aceito o método de mensuração da impedância previa para a avaliação de

amplificadores fechados e analisadores de frequência de resposta.

Usando relações de Euler, é possível interpretar a impedância como uma função

complexa:

Exp(j∅) = cos∅ + jsen∅ (11)

Em que o potencial e a corrente de resposta podem ser obtidos por:

E(t) = E0exp (jωt) (12)

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70

I(t) = Ioexp(jωt − jφ) (7)

Dessa forma, a impedância pode ser representada por:

Z =E

I= Zoexp(j∅) = Zo(cos∅ + jsen∅) (13)

Assim, a expressão Z(ω) é composta por uma parte real e uma imaginária. No

gráfico de Nyquist Figura 17, a parte real é determinada pelo eixo Z (abscissa) e a

parte imaginária pelo eixo Y (ordenada). Verifica-se que no gráfico o eixo Y é negativo

e cada ponto sobre o gráfico Nyquist é a impedância de uma frequência.

Os dados de baixa frequência podem ser verificados no lado direito e os de alta

frequência no lado esquerdo. Essa condição é verdadeira para os dados de EIS onde

a impedância decai para o aumento da frequência. No gráfico de Nyquist a impedância

poder ser representada com um vetor de comprimento |Z|. O ângulo entre o vetor e o

eixo-x é (ф).

Figura 17 – Gráfico de Nyquist como o vetor impedância (Parquet, 2005).

O diagrama de Nyquist é frequentemente utilizado para análises qualitativas dos

processos de degradação das películas de tinta nos ensaios de imersão. Verifica-se

no início do ensaio, a presença de uma reta quase paralela ao eixo imaginário Ffigura

18-A. Esse comportamento representa a alta resistência do filme, se comportando

como um perfeito dielétrico. Geralmente, com a evolução do tempo, ocorre a

permeação do eletrólito na tinta, reduzindo a sua resistência e aumentando a sua

capacitância. Assim surgem os arcos capacitivos da Figura 18- B e C.

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A tendência dos revestimentos é a formação do arco capacitivo com o aumento

do tempo de imersão, em função da penetração do eletrólito. Todavia, alguns

revestimentos apresentam a características de bloquear os poros formados durante a

imersão em solução. Dessa forma, a resistência do revestimento é recuperada e surge

uma nova reta, Figura 18-D, semelhante à formada no início do processo de

degradação do revestimento (BEAUNIER, et. al., 1976).

Figura 18 - Diagramas de Nyquist característicos: A) Resistência eletroquímica; B) Arco capacitivo; C) Duplo arco capacitivo; D) Vetor de Warburg. (Araújo, 2005)

Skale (SKALE, et. al., 2008) estudaram a resistência anticorrosiva de

revestimentos epóxi poliamida, com espessuras variando entre 150m e 200m,

utilizando a técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica. Os testes de EIE

foram realizados em solução de 0,1Mol de NaCl nas amostras imersas por 65 dias em

câmara úmida. Os resultados obtidos pelos autores indicam a evolução do arco

capacitivo com o aumento do tempo de exposição nas condições de agressividades

propostas. Eles consideram ainda que a EIE é muito adequada para avaliação

quantitativa das propriedades dos sistemas epóxi utilizado na indústria.

2.6.4 Potencial vs tempo

A medida de potencial do eletrodo do metal revestido em função do tempo de

imersão é uma das técnicas mais usuais entre os testes eletroquímicos, haja vista a

sua simplicidade. Essa técnica consiste na aferição do potencial elétrico entre o

eletrodo de trabalho e o revestimento a ser avaliado, em relação a um eletrodo de

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referência. O corpo de prova e o eletrodo de referência são inseridos em um meio o

qual se deseja investigar. A Figura 19 apresenta o diagrama de montagem dos

ensaios de potencial ao longo do tempo.

Figura 19 - Diagrama esquemático do ensaio de potencial vs tempo.

O potencial de corrosão é uma representação entre os processos anódicos e

catódicos que ocorrem na interface eletroquímica. Segundo Wolynec (WOLYNEC et.

al., 2003), esse potencial nos fornece importantes informações referentes as técnicas

de proteção anticorrosiva, sendo muito eficiente na investigação de películas

protetoras.

Nos revestimentos o acompanhamento do potencial de corrosão ao longo tempo

nos fornece um gráfico característico. Em um primeiro instante, a tinta, em especial

as tintas epóxi de alta espessura, apresentam a sua propriedade impermeabilizante,

impedindo o contato elétrico e tendo a medida de potencial bem próxima de zero. Em

um segundo momento, os valores de potencial sofrem uma drástica redução, em

função da permeação do eletrólito no filme protetor. Em seguida, o potencial tende a

se estabilizar no potencial de corrosão do metal protegido pela tinta.

Os resultados desse teste podem gerar interpretações ambíguas, pois o método

sozinho não fornece informações sobre a cinética do processo corrosivo. Não

obstante, as medições de potencial, associadas com técnicas metalográficas e

inspeção visual, permite visualizar a ruptura do revestimento e a sua respectiva

resistência à corrosão no meio investigado.

Araújo (ARAÚJO, 2005), realizou as medidas de potencial vs tempo para estudar

a resistência a corrosão de revestimentos a de resina epóxi com pimentos a base de

zinco. O potencial de circuito aberto foi monitorado por um período de 30 dias em uma

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solução de 0,01M de NaCl. Os produtos de corrosão foram avaliados através da

microscopia eletrônica de varredura e dos espectros de EDX.

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74

CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 CARACTERIZAÇÃO Nb2O5

3.1.1 Preparação

O pentóxido de Nióbio utilizado na pesquisa foi fornecido pela empresa AMG

Brasil. Foi disponibilizado uma fração de material do lote CNOX820 para a realização

dos testes em laboratório e produção da tinta epóxi-Nb2O5.

Figura 20 - Pentóxido de Nb2O5 fornecido pela empresa AMG.

3.1.2 Análise química

A verificação da composição química do pentóxido de nióbio foi realizada em

triplicata nos laboratórios da empresa AMG Brasil, utilizando o equipamento ICP-OAS

8300 Optima Figura 21.

Essa técnica analítica permite a quantificação de elementos (metais, semi-

metais e terras raras) em diversos tipos de amostras. Baseia-se na detecção da

radiação eletromagnética emitida por átomos neutros ou íons excitados nas regiões

do espectro eletromagnético visível e ultravioleta.

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75

Figura 21 - ICP-OAS 8300 Optima - AMG Brasil.

3.1.3 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

As amostras de Nb2O5 em pó foram avaliadas microscopicamente por meio da

técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A análise foi realizada no

laboratório de corrosão e materiais (LCM) da UFSJ. O equipamento utilizado foi o

microscópio HITACHI modelo TM 3000,Figura 22, aplicando uma tensão de 15KV com

aumentos variando de 100x até 4000x.

Foi utilizado o EDS (spectrometry energy dispersive), acessório acoplado ao

MEV para avaliar pontualmente a composição química dos grãos de pentóxido de

nióbio. Utilizou-se o equipamento EDS modelo Xflash Minsve da marca Bruker.

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76

Figura 22 - Microscópio eletrônico de varredura Hitachi e módulo EDS Bruker – LCM/UFSJ.

3.1.4 Granulometria

A análise granulométrica foi realizada utilizando a técnica de peneiramento no

centro de inovação tecnológica em compósitos (CITeC UFSJ). A mesa vibratória

modelo BT-001 SP labor juntamente com um conjunto de peneiras foram utilizados

nesse ensaio.

Figura 23 - Conjunto mesa vibratória e peneiras LCM/UFSJ.

Foi utilizado 0,5Kg de pentóxido de nióbio. O material foi separado, pesado e

inserido nas peneiras vibratórias. A figura 24 mostra a fração do material utilizada no

teste.

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77

Figura 24- Amostra de Nb2O5.

Foram utilizadas sete peneiras com aberturas distintas entre si. As peneiras

foram montadas utilizando a sequência de maior abertura para a menor. A Tabela 16

apresenta as peneiras e as respectivas aberturas utilizadas na análise granulométrica.

Tabela 16 - Peneiras utilizadas na análise granulométrica.

Numéro Mesh Abertura mm

100 0,149

120 0,125

140 0,105

170 0,088

200 0,074

325 0,0017

400 0,0015

3.1.5 TGA/DTA

Para verificação das características térmicas do Nb2O5, foram utilizadas duas

técnicas: A TGA (Thermogravimetric analises) e a DTA (Differencial thermal analysis).

A TGA é uma técnica quantitativa, onde se obtém um termograma que registra

a perda de massa da amostra em função da temperatura. A DTA por sua vez afere a

diferença de temperatura entre a Alumina, material inerte, e a amostra do pentóxido

de nióbio.

A principal função do acoplamento TGA-DTA é prover maior resolução em

temperaturas específicas nas quais a variação de massa é pequena e sucessiva a

outras perdas de massa deixando a visualização apenas pelo gráfico de massa por

temperatura, típico de TGA, muito difícil de ser interpretado.

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78

Para verificar a perda de massa do pó de Nb2O5, 8 mg de massa das amostras

foram analisadas por TG no laboratório de Análise Térmica e Espectroscopia (LATES)

da UFSJ a uma taxa de aquecimento de 10°C/min com a faixa de temperatura de 30°C

até 1000°C em atmosfera de Nitrogênio.

Figura 25 –TGA modelo DTG-60H Lates UFSJ

3.2 Caracterização da Película

A primeira película é formada pela tinta epóxi pigmentada com Nb2O5 e a

segunda é uma tinta epóxi de alto desempenho muito utilizada em indústrias químicas.

Foram utilizados dois esquemas de pintura, ambos com apenas uma demão de

aplicação, contudo com espessuras distintas: 100µm e 300µm. As definições das

espessuras foram norteadas pelas especificações técnicas presentes nos boletins

técnicos dos fabricantes.

A tinta epóxi-Nb2O5 permite a aplicação do revestimento com espessuras que

variam entre 100 µm a 400 µm. Já a tinta epóxi convencional possui admite

espessuras máximas de 100 µm.

A Tabela 17, apresenta os dois tipos de películas investigadas e os três tipos de

esquema de pintura, com suas respectivas nomenclaturas e espessuras.

Tabela 17 - Nomenclatura das amostras revestidas com tinta epóxi.

Revestimento Nomenclatura Espessura (µm)

Tinta epóxi-Nb2O5 TNL100 100

Tinta epóxi-Nb2O5 TNL300 300

Tinta epóxi convencional TEC100 100

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79

As aplicações das tintas seguiram estritamente as especificações técnicas dos

fabricantes. Principalmente no que se refere a preparação de superfícies e qualidade

superficial respectivamente, materiais de aplicação, umidade e temperatura do ar.

3.2.1 Preparação das amostras

Todos as amostras utilizadas nos testes, foram confeccionadas em aço SAE

1020, previamente limpas e jateadas com granalha de aço, obtendo um grau de

acabamento SA2.1/2, conforme a ISO8501. O perfil de rugosidade superficial obtido

variou entre 45 µm a 100 µm. Verifica-se que esse padrão de acabamento foi

especificado no boletim técnico do produto, sendo o mais adequado para tintas epóxi.

As tintas foram aplicadas pelo método de pintura convencional a ar comprimido,

utilizando a pistola DeVilbiis JGA, com capa de ar de 704 e bico de fluido do tipo E. A

aplicação das películas foi realizada em ambiente controlado com temperatura média

de 23°C e umidade relativa do ar de 45%.

Para a realização dos testes foram utilizados corpos de provas com formatos e

configurações distintas, obedecendo as exigências de cada ensaio. A Tabela 18

apresenta os corpos de provas e os respectivos ensaios realizados.

Tabela 18 – Tipos de corpos de provas utilizados nos testes.

Dimensões Foto Testes

100 X 150 mm x ¼’’

– sem condutor.

Intemperismo,

Câmara Névoa

Salina, Câmara 100%

umidade, Pull off,

100 X 150 mm x ¼’’

– com condutor.

EIS

50 X 75 mm x ¼’’ –

com condutor

Potencial x tempo,

imersão

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80

50 X 75 mm x ¼’’ –

sem condutor

MEV, Ultra micro

dureza.

3.2.2 Morfologia e Microestrutura

Após a cura completa das películas, a sua integridade foi avaliada quanto a

presença de trincas, bolhas e micro porosidades através de análise visual

macroscópica e da técnica de microscopia eletrônica de varredura. A MEV também

foi utilizada para verificação da morfologia dos revestimentos.

Foi utilizado o microscópio eletrônico de varredura Hitachi modelo TM 300, com

uma tensão de 15KV.

A identificação química dos elementos constituintes dos revestimentos foram

investigadas através do módulo EDS modelo Xflash Minsve da marca Bruker,

acoplado diretamente no microscópio.

3.2.3 Medida de espessura seca

A espessura seca em revestimentos anticorrosivos atua, entre outras, como

barreira impermeável, impedindo a penetração do eletrólito no substrato metálico.

Assim, é de suma importância a sua correta aferição em todas as camadas dos

esquemas de pinturas utilizados.

A obtenção de valores exatos para a espessura seca, haja vista a influência das

diversas variáveis durante o processo de pintura. Nesse sentido, considerando a

praticidade e funcionalidade do processo são aceitas pequenas variações em torno

das médias nas medidas realizadas.

As espessuras dos revestimentos foram aferidas em todos os corpos de provas

dos três tipos de esquemas de pintura utilizados. Foram realizadas 10 medidas em

pontos distintos da superfície das películas.

Utilizou-se o medidor ultrassônico de espessura seca da Instrutherm modelo ME-

215, Figura 26.

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81

Figura 26 - Medidor de espessura seca Instrutherm ME-215.

3.2.4 Resistência Mecânica

As propriedades mecânicas das películas foram avaliadas através dos ensaios

mecânicos de ultra micro dureza Vickers e de resistência a tração Pull off.

3.2.4.1 Ultra microdureza Vickers

A dureza das películas foi verificada utilizando o teste de ultra micro dureza

Vickers. As indentações foram realizadas com uma carga de 500 mN, em

conformidade com a ASTM-E384.

Utilizou-se ultra micro durômetro Shimadzu, modelo DUH-211S, do (CITeT/UFSJ

Centro de inovação e tecnologia em compósitos) figura 27.

Figura 27 - Ultra micro durômetro Shimadzu, modelo DUH-211S.

3.2.4.2 Resistência a tração Pull Off

O ensaio de resistência a tração Pull Off foi realizado nos corpos de provas com

medidas (100 mm X 150 mm x 3/16’’) das três películas investigadas. Foi utilizado o

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equipamento Pull off Defelsko modelo positest AT-A. O ensaio foi realizado no

laboratório LCM/UFSJ, seguindo as recomendações da norma IS0-2624. A Figura 28

apresenta o equipamento utilizado e os respectivos dollys de 20mm de diâmetro.

Figura 28 – Pull off Defelsko positest AT-A.

3.3 ENSAIOS DE CORROSÃO

3.3.1 Intemperismo

O ensaio de intemperismo foi realizado nas instalações industrias da empresa

AMG Brasil. Foram selecionados quatro ambientes na planta química onde foram

instaladas as estações de corrosão.

A tabela 19 apresenta as quatro estações de corrosão e as características de

exposição as condições de agressividade.

Tabela 19 - Estações de corrosão localizadas na empresa AMG Brasil.

Estação de corrosão

Nomenclatura Descrição

Digestão de Nióbio DNI Interno¹. Exposto a reagentes químicos³.

Ambiente muito úmido.

Digestão de Sais DSA Externo². Exposto aos reagentes

químicos³. Ambiente muito úmido.

Precipitação de

Nióbio PNI

Interno¹. Exposto a reagentes químicos³.

Baixa umidade.

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Fábrica de Sais FSA Interno¹. Exposto aos reagentes

químicos. Ambiente muito úmido.

1- Interno: Ambiente interno ao galpão, sem exposição ao sol, chuva e outras

intempéries relacionadas ao tempo.

2- Externo: Ambiente externo ao galpão, exposto ao sol, chuva e intempéries

relacionadas ao tempo.

3- Reagentes químicos: Atmosfera com presença de flúor, sulfatos e cloretos

oriundos dos ácidos fluorídrico, sulfúrico e clorídrico.

Para a realização dos testes de intemperismo foi utilizado somente a amostra

TNL300 (Tinta epóxi-Nb2O5 com espessura 300µm). As demais amostras não foram

avaliadas e comparadas diretamente no teste de intemperismo, em função de

alterações contratuais entre as partes envolvidas na presente pesquisa.

3.3.2 Ensaios Acelerados de Corrosão

Para realização dos ensaios foram confeccionados, em triplicata, corpos de

provas, com e sem incisão na película para todos os revestimentos estudados. As

amostras (100 x 150 mm x 3/16’’) foram protegidas em suas extremidades com uma

camada adicional de tinta. A Figura 29 apresenta os modelos dos corpos de provas

utilizados para os ensaios nas câmaras climatizadas.

Figura 29 - Modelos de corpos de provas para os ensaios acelerados de corrosão.

3.3.2.1 Névoa Salina

O ensaio em câmara de névoa salina, normatizado pela ASTM B117, consiste

na exposição dos painéis revestidos com e sem incisão em uma atmosfera com a

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solução de NaCl a 5%, em uma temperatura de 35°C, com pH de 6,5. A solução de

cloreto de sódio foi nebulizada sobre as amostras durante um período de 3500 horas.

A cada 120 horas o ensaio era interrompido para reabastecimento da câmara e

verificação da integridade das películas. Foi utilizado a câmara de Salt Spray Equilam

modelo SS600E Figura 30, do laboratório de Corrosão e Materiais da Universidade

Federal de São João Del Rei.

Figura 30 - Câmara Salt Spray Equilam SS600E LCM/UFSJ.

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85

Figura 31 - Ensaio montado na câmara de Salt Spray LCM/UFSJ.

3.3.2.2 100% Umidade

O ensaio em câmara úmida, normatizado pela ASTM D2247 (ASTM D2247,

2015), consiste na exposição dos corpos de provas com e sem incisão em uma

atmosfera com 100% de umidade.

A solução de água desmineralizada foi nebulizada sobre as amostras durante

um período de 3500 horas. A cada 120 horas o ensaio era interrompido para

reabastecimento da câmara e verificação da integridade das películas. O ensaio foi

realizado na câmara úmida Equilam modelo KEQUM-300E Figura 32, do LCM/UFSJ.

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86

Figura 32 - Câmara úmida KEQUM-300E LCM/UFSJ.

Figura 33 – Ensaio montado na câmara úmida LCM/UFSJ.

3.3.3 Potencial X Tempo

As condições de alta agressividade presente em indústrias químicas foi simulada

em laboratório com a utilização de soluções de H2SO4 e NaCl. A tabela 20 apresenta

as soluções, suas respectivas concentrações e potenciais hidrogenionicos.

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Tabela 20 - Soluções utilizadas no ensaio de potencial vs tempo.

Solução pH

20% H2SO4 0,15

40% H2SO4 0,87

3,5% NaCl 6,05

Essas soluções foram utilizadas também para os ensaios de imersão total e

impedância eletroquímica.

O potencial em circuito aberto foi verificado nas três soluções, utilizando os três

revestimentos em triplicata para cada solução especificada. As medidas foram

realizadas duas vezes ao dia utilizando o eletrodo de calomelano saturado e um

multímetro digital.

Figura 34 - Montagem ensaio Potencial x tempo LCM/UFSJ.

3.3.4 Imersão Total

O ensaio de imersão total, normatizado pela ASTM D1308 (ASTM D1308 , 2013),

foi realizado para os três esquemas de pinturas investigados nas soluções de H2SO4

e NaCl na temperatura de 25°C. O potencial em circuito aberto (Eocp) foi monitorado

durante o período de imersão até o surgimento das primeiras falhas. A Figura 35

apresenta a montagem dos ensaios de imersão total.

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Figura 35 - Ensaio imersão total LCM/UFSJ.

3.3.5 EIS – Espectroscopia de impedância eletroquímica

Os ensaios de impedância eletroquímica foram realizados em triplicata para os

três esquemas de pinturas nas três soluções investigadas.

Foi adotado a faixa de frequência de 10 mHz até 100KHz e uma amplitude de

10mV. Para evitar qualquer interferência externa ao sistema durante as medidas, a

célula de medida foi colocada no interior de uma gaiola de Faraday, materializada por

meio de uma caixa metálica aterrada. Adotou-se tempo inicial de 3600 s para a

estabilização do sistema. Para a realização dos ensaios foi utilizado potenciostato da

autolab modelo PGSTAT101 do LCM/UFSJ Figura 36.

Figura 36 - Montagem do ensaio de impedância eletroquimica.

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89

Utilizou-se a célula eletroquimica atlas 200 x 100 mm em polimetil-

metacrilato (acrílico) com uma abertura de 1 cm² lateral para a exposição do corpo de

prova. Para os ensaios utilizando soluções de ácido sulfúrico foi utilizado a célula atlas

em polipropileno. A Figura 37 apresenta a célula eletroquÍmica Atlas, o corpo de prova

revestido como eletrodo de trabalho (WE), o eletrodo de calomelano saturado (ECS)

como eletrodo de referência e o eletrodo de platina como contra eletrodo (CE).

Figura 37 - Montagem das células para realização dos ensaios de impedância eletroquimica LCM/UFSJ.

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90

CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Caracterização da Película

Os revestimentos possuem diversas características importantes que influenciam

no seu desempenho ao longo de seu período de trabalho. Os ensaios de

caracterização e avaliação de performance seja na forma liquida ou como película

seca, são importantes ferramentas para o controle de qualidade na pintura industrial,

assim como para a seleção e desenvolvimento de formulações e esquemas de

pinturas adequados.

No presente trabalho as características da película seca e o desempenho do

revestimento foram avaliados através da análise visual, medição de espessura seca,

microscopia eletrônica de varredura, ultra micro dureza e Pull off, com resultados

descritos a seguir.

4.1.1 Morfologia e microestrutura

Previamente a realização dos testes, foi necessário a avaliação da integridade

da película quanto a possíveis defeitos existentes em sua superfície. Realizou-se a

análise visual macroscópica para verificar possíveis descontinuidades como trincas,

bolhas e porosidades.

As películas foram detalhadamente inspecionadas após a cura completa da tinta.

Foram identificadas algumas amostras TNL100 e TEC100, com a presença de micro

trincas nas extremidades das superfícies revestidas. Essas descontinuidades

originaram-se durante o processo de secagem em algumas amostras, que se

encontravam muito próximas umas das outras em suas extremidades.

Nunes (NUNES, 2012), destaca que o surgimento de poros e trincas nas tintas

epóxi são comuns durante a aplicação e secagem, principalmente em ambientes não

controlados, na pintura de equipamentos de caldeiraria pesada. Em ambientes

controlados, deve-se atentar para a forma de secagem das superfícies revestidas.

A Ffigura 38 apresenta a análise visual realizada nos três esquemas de pintura

investigados no presente estudo.

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91

Figura 38 – Análise visual de descontinuidades das películas. A) TNL100; B) TNL300; C) TEC100

Para o prosseguimento dos demais testes, as não conformidades foram tratadas

com o descarte imediato de todas as amostras que apresentaram defeitos. A Figura

38 exemplifica a qualidade das amostras aptas, livres de falhas, para realização dos

testes durante a pesquisa.

Com o intuito de verificar eventuais micro porosidades nas amostras utilizadas

na pesquisa, realizou-se a microscopia eletrônica de varredura.

As figuras 39 e 40 apresentam as imagens obtidas por microscopia eletrônica de

varredura para as amostras TNL100, TNL300 com o aumento de 500 vezes.

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Figura 39- Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (500X) 15KV. TNL100.

Figura 40 - Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (500X) 15KV TNL300.

As imagens das Figuras 39 e 40 revelam a estrutura microscópica das películas

TNL100 e TNL300 respectivamente. Foram realizadas verificações em diversos

pontos da amostra, e não foi observado na microscopia eletrônica de varredura

microfissuras ou porosidade nas películas.

A estrutura do revestimento epóxi-Nb2O5 é composta por um fundo escuro, com

uma distribuição homogênea de pequenos pontos brancos em toda a superfície da

amostra, conforme verifica-se nas Figuras 39 e 40. As Figuras 41 e 42 apresentam

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os pontos em que foram avaliados a composição química pontual utilizando a o

módulo EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) do microscópio eletrônico de

varredura.

Figura 41 – MEV- Microscopia eletrônica de varredura amostra (1000X) TNL100.

Figura 42 - MEV- Microscopia eletrônica de varredura amostra (1000X) TNL300.

A Tabela 21 revela quantitativamente a composição química nos pontos

identificados nas Figuras 41 e 42.

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Tabela 21 - Composição química pontual (EDS) para Nióbio e Oxigênio das amostras TNL100 e TNL300.

Ponto TNL100 % Nb e O TNL300 % Nb e O

1 77 84

2 74 82

3 83 72

4 91 72

5 84 78

Verifica-se na tabela 21 que os pontos brancos em ambos revestimentos

apresentam composição química superior a 72% para os elementos nióbio e oxigênio.

Esses elementos formam o composto Nb2O5, utilizado na película como pigmento

anticorrosivo. É observado também que a sua distribuição no corpo da película ocorre

de forma homogênea em toda a superfície revestida, o que favorece a ação protetora

da tinta, dificultando a ocorrência de falhas.

A Figura 43 apresenta a análise realizada no módulo EDS do MEV para verificar

pontualmente a presença dos componentes químicos existentes.

keV

Figura 43 - EDS (energy dispersive x-ray detector) para amostra TNL.

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A análise no EDS (energy dispersive x-ray detector), permite através da energia

liberada pelos elétrons mais externos dos elementos excitados, identificar quais

elementos estão presentes em uma verificação quase que pontual. Na figura 43 é

possível observar a presença de vários elementos como o titânio, tântalo e ferro.

Contudo, destaca-se a presença do Nb e O com os maiores números de contagem. A

Figura 44 apresenta a microscopia eletrônica de varredura para amostra TEC100,

revestida com tinta epóxi convencional.

Figura 44 - Microscopia eletrônica de varredura da amostra TEC (X1000), 15KV.

A estrutura microscópica da tinta epóxi convencional difere-se bastante da tinta

epóxi-Nb2O5. Verificam-se estruturas agulhadas de disposição não uniformes ao longo

da superfície, inseridas em um fundo escuro. Na análise do EDS não foi possível obter

informações conclusivas a respeito da composição química desse revestimento.

Entretanto, essa informação não é objetivo do trabalho, tendo em vista, que a amostra

TEC100 refere-se a um revestimento comercial, sendo uma referência comparativa.

A Figura 45 apresenta a análise realizada no módulo EDS do MEV para verificar

pontualmente a presença dos componentes químicos existentes.

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96

Figura 45 - EDS para a tinta epóxi convencional

Avaliando as imagens 41,42 e 44, obtidas na microscopia eletrônica de varredura

dos três esquemas de pintura, não foi possível verificar a presença de defeitos nos

revestimentos, como fissuras e micro porosidades. Nesse sentido, os revestimentos

estavam em perfeitas condições para a realização dos testes subsequentes.

4.1.2 Medida de espessura seca (ES)

As medidas de espessura seca foram verificadas em todas as amostras

revestidas com as películas TNL100, TNL300 e TEC100, sendo 100µm, 300 µm e 100

µm, respectivamente. As espessuras das amostras TNL100 e TNL300 foram

especificada seguindo os limites inferior e superior estabelecidos pela ficha técnica do

produto. A espessura da amostra TEC100, 100 µm, foi determinada seguindo

criteriosamente a especificação técnica presente no boletim da tinta.

Miranda (MIRANDA et. al., 2004), em seu trabalho aplicou a tinta epóxi

pigmentada com Nb2O5 em substratos metálicos, obtendo espessuras secas médias

de 150µm, dentro dos limites da ficha técnica do produto.

A norma N 2628 (PETROBRAS, 2011) estabelece critérios para a aplicação de

tintas epóxi poliamida de alta espessura, identificando para essa classe de tintas

valores médios superiores a 150 µm.

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97

As espessuras superiores a 150 µm, alta espessura, são uma tendência no que

tange a proteção anticorrosiva em ambientes industriais, tendo em vista os benefícios

de agilidade na aplicação e secagem e redução dos custos.

Saint Claire (SANTOS, 2005) em seu trabalho utilizou revestimentos epóxi de

alta espessura, com medidas superiores a 250 µm, sendo a aplicação feita em uma

demão através de trincha. Vérges (VÉRGES, 2005) por sua vez utilizou esquemas de

pintura com epóxi convencionais tendo a função de primer, com espessuras médias

de 100 µm. No entanto, o esquema de pintura adotado foi complementado com outras

camadas de acabamento, atingindo espessuras superiores a 300 µm.

No presente trabalho as medidas foram feitas de acordo com a NBR10443-2008

(ABNT NBR 10443, 2008), que estabelece a realização de 12 medidas de espessura

seca. São eliminadas a menor e maior medida e assim realiza-se a média aritméticas

das 10 medidas restantes.

A tabela (22) apresenta as medidas de espessura seca dos três revestimentos

avaliados.

Tabela 22 - Medida de espessura seca dos revestimentos.

Amostra Espessura seca

requerida (µm)

Média

(µm)

Desvio

padrão

TNL100 100 98,20 2,14

TNL300 300 309,00 4,53

TEC100 108 108,00 3,57

Nota-se, que na prática não é possível a obtenção de valores extremamente

exatos para a espessura seca, haja vista a influência das diversas variáveis durante o

processo de pintura. Nesse sentido, considerando a praticidade e funcionalidade do

processo são aceitas pequenas variações em torno das médias nas medidas

realizadas.

Verifica-se na Tabela 22 pouca variação em torno da média, mantendo grande

proximidade da espessura requerida. Esses excelentes resultados são consequência

do controle das variáveis durante a aplicação do revestimento e consequentemente

da inspeção de todos os corpos de provas.

Para aplicações reais, que acontecem em ambientes não-controlados, as

medidas de espessuras tendem a apresentar maior variação. Nesse sentido, para a

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98

obtenção de uma película de qualidade, deve-se atentar bastante durante a aplicação

com fatores externos como: ventos, umidade, sol, perícia do aplicador, etc. Além

disso, a espessura do revestimento deve ser avaliada criteriosamente a cada camada

do revestimento aplicada.

4.1.3 Resistência Mecânica

4.1.3.1 Ultra micro dureza

A micro dureza das películas foram verificadas utilizando a técnica de ultra micro

dureza Vickers, produzindo na superfície dos revestimentos formas simétricas sem

quaisquer indícios de trincas ou rachaduras. A tabela 23 apresenta os resultados

obtidos durante a ultra micro dureza Vickers nas amostras TNL100, TNL300 e

TEC100.

Tabela 23 - Resultados da ultra micro dureza Vickers para as amostras TNL100, TNL300 e

TEC100.

Amostra Micro dureza Vickers (HV)

Média Desvio padrão

TNL100 20,8 0,175

TNL300 16,5 0,262

TEC100 17,2 0,574

A amostra TNL100 apresentou o maior valor de micro dureza, 20,8 HV, sendo o

maior valor observado entre as amostras testadas. A amostra TEC100 atingiu 17,2

HV e a TNL300 16,5 HV.

Observa-se grande variação entre durezas das amostras da película epóxi-

Nb2O5 com 100m e 300m de espessura seca. A amostra 300m de espessura

apresentou dureza 21% menor em relação a de 100m. Assim, para as tintas epóxi-

Nb2O5 verifica-se que o aumento da espessura da tinta, dentro dos limites

estabelecidos no boletim técnico do produto, promoveu a redução em sua dureza.

Korsunsky (KORSUNSKY et. al., 1998) revela que a ultra microdureza é

influenciada diretamente pelo tipo do substrato metálico, pré-carga de realização dos

ensaios e características da película.

Haja vista a similaridade entre os revestimentos, tendo a variação apenas na

espessura. Pode-se inferir que a redução da dureza é um indicio do enfraquecimento

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99

das ligações químicas existentes entre os pigmentos e a matriz polimérica, devido ao

aumento da espessura e distanciamento do substrato.

Chicot (CHICOT et al.,1995) obteve em seu trabalho maiores valores de dureza

para as tintas com espessura menores. Ele destaca ainda que o resultado obtido pode

ser tanta consequência da influência das propriedades do filme, como também do

substrato metálico mais próximo para os maiores valores de dureza.

Sato (SATO, 1980), avaliou em seu trabalho a micro dureza Vickers dos

revestimentos com diferentes espessuras, obtendo maiores valores de dureza para

os revestimentos com menor espessura.

A amostra TNL100 apresentou valores 17% superiores aos obtidos na película

TEC100, ambos com a mesma espessura. Ambas as amostras TNL100 e TEC100

apresentam a mesma espessura, substratos e preparação de superfícies idênticas. A

diferença está entre as qualidades dos filmes devido à presença de pigmentos,

aditivos e outros componentes presentes no corpo da tinta.

Esses resultados indicam grande probabilidade das características da película

estarem influenciando nos resultados de micro dureza, em específico, as ligações

existentes na matriz polimérica que influencia na deformação superficial.

Zosel (ZOSEL,1980), considera que as propriedades mecânicas nos

revestimentos, em especial a dureza, estão intimamente relacionadas com estrutura

molecular das películas após a sua secagem completa.

Quintela (QUINTELA et. al., 2001), investigou a micro dureza de tintas epóxi

comerciais utilizadas como proteção anticorrosiva na indústria. Foram verificados

valores de micro dureza que variaram de 14,0 HV a 20,8 HV, estando dentro da faixa

comum de dureza para tintas epóxi convencionais.

Para Quintela (QUINTELA et. al., 2001), a qualidade da preparação da superfície

não interferiu nos resultados obtidos. A variação dos valores de microdureza foi

relacionado com as características e propriedades específicas de cada tipo de tinta.

A presença de pigmentos e aditivos no corpo da tinta possui influência direta nas

propriedades mecânicas das películas, sendo em diversos casos utilizadas para

aumentar a dureza, flexibilidade, resistência a tração, entre outros. (CHICOT et

al.,1995)

Schawalm (SCHWALM et. al., 1997) estudou várias películas de alta dureza,

compostas por resina epóxi e elementos variados, obtendo durezas que variaram de

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100

10HV até 204HV. Esses expressivos resultados são influenciados pela presença de

acrilatos na composição do revestimento. Iost (IOST et. al., 2003), avaliou a ultra micro

dureza de tintas orgânicas utilizadas para proteção anticorrosiva marinha, e obteve

resultados elevados de dureza, alcançando a dureza de 50HV em algumas películas

em função da presença de pigmentos.

No presente trabalho, em nenhuma das amostras ensaiadas, foram observadas

deformações excessivas ao redor da indentação ou trincas em decorrência da força

aplicada sob o revestimento. Nesse caso, pode-se afirmar que ambos os tipos de

revestimentos apresentam boa flexibilidade e plasticidade para as aplicações

convencionais de proteção anticorrosiva de equipamentos e estruturas industriais. A

avaliação completa da flexibilidade do revestimento pode ser verificada através da

ASTM D4145 (ASTM D4145, 2009), que estabelece os critérios necessários para os

testes de flexibilidade e adesão em revestimentos.

A figura 46, apresenta dois tipos de indentações obtidas em tintas flexíveis e

frágeis.

Figura 46 - Indentações micro dureza Vickers A) Indentação perfeita (JONSSON et. al., 1984 . B) Indentação com trincas e deformações (QUINTELA et. al., 2001).

Schawalm (SCHWALM et. al., 1997) reitera que a obtenção de tintas com valores

elevados de dureza favorece a sua resistência a avarias como arranhões e

perfurações na película. Entretanto, é importante avaliar a dureza para cada aplicação

do revestimento, pois quanto maior a dureza, maior também será a fragilidade e menor

a flexibilidade da película, muito importantes em aplicações específicas.

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101

Para Quintela (QUINTELA et. al., 2001) a fragilidade da película pode ser

verificada através das indentações durante o teste de dureza. A micro dureza em

películas de grande fragilidade gera indentações com trincas nas suas extremidades,

conforme apresentado na figura 46.

4.1.3.2 Teste de Resistência a Tração (Pull off)

A Tabela 24 apresenta os valores médios de resistência a tração, obtidos através

do teste pull off, realizado nas amostras TNL100, TNL300 e TEC100 antes da

realização dos ensaios eletroquímicos, em conformidade com a norma ASTM 4541-

09.

Tabela 24 - Valores médios de resistência a adesão (Pull off) de espessura seca das amostras

TEC100, TNL100 e TNL300.

Amostra Média

MPa

Desvio

Padrão

TNL100 4,75 1,11

TNL300 5,14 1,12

TEC100 6,10 1,12

A amostra TEC100 apresentou maior resistência a tração, 6,10 MPa, dentre as

amostras avaliadas. As amostras TNL100 e TNL300 obtiveram 4,75 MPa e 5,14MPa

respectivamente. Verifica-se que a tinta epóxi convencional (TEC) possui maior

aderência ao substrato metálico do que a tinta epóxi-Nb2O5.

A preparação de superfícies foi criteriosamente idêntica em todas as amostras,

nesse caso a diferença entre os resultados indicam a influência de outros fatores

como: pigmentos, aditivos secantes, aglomerantes, etc., na resistência a tração da

tinta. Esses componentes interferem decisivamente nas ligações existentes na matriz

polimérica da película. Nesse sentido, a indícios que a amostra TEC apresenta

ligações entre suas partículas mais resistentes aos esforços de tração conferidos pelo

teste de adesão Pull off. Zosel (ZOSEL,1980), destaca que as propriedades

mecânicas das películas estão relacionadas intimamente com a sua estrutura

molecular e as respectivas ligações existentes entre os componentes da tinta.

Vakili (VAKILI, et. al., 2015) avaliou a resistência a atração, através do teste Pull

off, em diversas tintas epóxi com a adição de outros elementos, obtendo resultados

que variaram de 2,4Mpa a 3,1 Mpa. Bajat (BAJAT et. al., 2008), por sua vez avaliou

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102

as tintas epóxi compostas por fosfatos em sua formulação obtendo uma faixa de

resistência a tração de 2,1MPa a 4 MPa. Nesse sentido, verifica-se que os resultados

obtidos, que variaram entre 4,75 MPa e 6,1 Mpa foram ligeiramente superiores aos

encontrados na literatura para as tintas epóxi.

Ressalta-se, porém, que os resultados obtidos são influenciados pelo tipo de

falha que ocorre durante a realização do teste Pull off. Essas falhas podem ser

adesivas ou coesivas. No caso da falha adesiva ela acontece em duas situações: A

primeira quando a película é inteiramente destacada do substrato metálico ou quando

a tinta é parcialmente removida. A falha coesiva por sua vez ocorre quando a tinta não

destacada do substrato, com o rompimento ocorrendo dentro da própria camada de

tinta.

A tabela (25) apresenta a classificação estabelecida pela normativa ISO 4624(

(ISO 4624 , 2002) para as falhas do revestimento durante a realização dos testes de

pull off.

Tabela 25 - Classificação de falhas durante o teste de adesão Pull off - Adaptada ISO4624.

Tipo Natureza da Falha

A Falha coesiva do substrato

A/B

Falha adesiva entre o substrato

e a primeira camada do

revestimento.

B Falha coesiva da película

Y Falha coesiva do adesivo

-Y Falha adesiva entre a última

camada e o adesivo

Y/Z Falha adesiva entre o adesivo e

o carretel

Após a realização dos ensaios foi feita a análise macroscópica da região da falha

do revestimento. A Figura 47 apresenta os resultados obtidos nos testes de resistência

a adesão pull off.

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103

Figura 47 - Resultado do teste de adesão Pull off. A) TNL100; B) TNL300; C) TEC10

As amostras TNL100 e TNL300 apresentaram falhas do tipo Y/Z, entre o adesivo

e o carretel (dolly). Ou seja, a película permaneceu aderente ao substrato metálico

durante a realização do teste. O adesivo também teve boa adesão à película, no

entanto descolou-se do carretel.

Miranda (MIRANDA et. al., 2008), realizou testes de resistência a tração do tipo

Pull off em tintas epóxi pigmentadas Nb2O5. As falhas verificadas durante os ensaios

também foram do tipo Y/Z, entre o adesivo e o carretel.

A amostra TEC100, diferentemente das demais, apresentou a falha do tipo –Y,

entre a última camada e o adesivo. Ou seja, a película permaneceu aderente ao

substrato metálico, porém o adesivo descolou da tinta e manteve-se no carretel. Esse

tipo de falha pode representar a dificuldade para a adesão de uma camada

subsequente de tinta na amostra TEC100.

Nesse aspecto a tinta epóxi-Nb2O5 possui vantagens, pois apresentou boas

condições de adesão para uma camada de tinta posterior. Ressalta-se que a

aplicação dessas camadas é muito comum em ambientes industriais, haja vista a

necessidade de sinalizações diversas, e também de exposição das tintas epóxi em

ambientes expostos a raios UV, haja vista a sua deterioração precoce quando exposta

aos raios solares.

4.2 Caracterização do Nb2O5

A composição química do Nb2O5 fornecida pela em empresa AMG Brasil,

produtora do óxido, é apresentada na Tabela 26.

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104

Tabela 26 - Composição química pentóxido de nióbio.

Elemento %Nb2O5 %Fe %P %Si %Ta %Ti

Composição

química

99,9 0,010 <0,008 <0,004 <0,003 <0,001

O Nb2O5 utilizado na presente pesquisa é um oxido de pureza elevada,

apresentando uma quantidade de Nb2O5 superior a 99,9% e somente 0,01% de

impurezas e outros elementos oriundos do processo de produção do oxido.

O pentóxido de nióbio comumente utilizado para tintas e revestimentos

anticorrosivos, possui pureza inferior, o que poderia influenciar na eficiência protetiva

das películas. Piccini (PICCINI,2011), em seu trabalho analisou a composição química

do Nb2O5 comercializado por outro grupo, sendo verificado um teor de Nb205 de

97,38% com uma quantidade maior de impurezas. Destaca-se assim a qualidade do

Nb2O5 AMG utilizado no presente trabalho.

4.2.1 Microscopia Eletrônica de Varredura e EDS

A microscopia eletrônica de varredura do pentóxido de nióbio (Nb2O5) é

apresentada nas figuras 48 e 49 respectivamente. A Figura 50 mostra a análise

realizada no EDS no MEV.

Figura 48 - Microscopia eletrônica de varredura do Nb2O5 aumento de 100X.

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105

Figura 49 – Microscopia eletrônica de varredura do Nb2O5 aumento de 1000X.

Figura 50 – EDS (energy dispersive x-ray detector) Nb2O5 .

O resultado de EDS mostra a presença de Nióbio, Oxigênio e outros elementos.

A partir do método de quantificação utilizando o EDS verifica-se que existem 65% em

peso de nióbio e 34% em peso de oxigênio. Esse resultado ratifica a análise química

referente a especificação do produto presente na Tabela 26.

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106

Nas figuras 48 e 49 observa-se que partículas de Nb2O5 em pó apresentaram

grande similaridade em sua morfologia. Verificam-se formatos irregulares, alongados

em suas extremidades, com uma forte tendência para a formação esférica. Em

algumas partículas é possível visualizar também o surgimento de pequenos

aglomerados

Mariano (MARIANO,2011), destaca que o pó de pentóxido de nióbio é formado

por partículas esféricas com superfície porosa. Essaa morfologia é mais favorável

para obtenção de revestimentos de boa qualidade depositados por aspersão térmica

a chama, devido à maior área superficial total exposta ao calor da chama produzida

durante o processo.

Para Júnior (JÚNIOR, 2011), as partículas de Nb2O5 apresentam formato

esférico formado por diversos aglomerados em sua composição. Ele ainda ratifica a

morfologia irregular que beneficia o processo de aspersão térmica, haja vista a maior

área superficial exposta.

Durante a produção de tintas o formato irregular do pigmento, com maior área

superficial, não promove nenhum benefício paras as tintas. Entretanto, para o

processo de produção das tintas, a granulometria afeta diretamente na produtividade,

mais precisamente no tempo de moagem da tinta e pigmentos. Nesse sentido,

pigmentos menores são desejáveis, pois reduzem o tempo de moagem.

4.2.2 Análise granulométrica

A Tabela 27 e a Figura 51 apresentam os resultados obtidos durante a análise

granulométrica realizada no pentóxido de nióbio em pó.

Tabela 27 – Resultados da análise granulométrica por peneiramento Nb2O5.

Peneiras % Retida

% Retida acumulada

% passante nº mm

100 0,149 0 0 100

120 0,125 7 7 93

140 0,105 17 24 76

170 0,088 27 51 49

200 0,074 34,7 85,7 14,7

325 0,0017 6,2 91,9 8,1

400 0,0015 5,1 97 3

Fundo 0,001 3 100 0

Total 100 100 100

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107

Figura 51 - Distribuição granulométrica do Nb2O5.

Da tabela 27 e figura 51 pode-se verificar que 85,7% do Nb2O5 avaliado é não

passante na malha de 200, ou seja, possuem diâmetros superiores a 74 µm. Assim,

verifica-se que o diâmetro do material está concentrado entre 74 µm e 125µm.

4.2.3 Análise termogravimétrica (TGA)

A Figura 52 apresenta a análise termogravimétrica realizada no Nb2O5.

Figura 52 – Espectros TGA/DTA do Nb2O5 com taxa de aquecimento de 10°C/min em fluxo de

ar.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,149 0,125 0,105 0,088 0,074 0,0017 0,0015 0,001

% p

eso

pas

san

te

abertura malha (mm)

Análise Granulométrica

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108

A análise de TGA é uma técnica quantitativa, onde se obtém um termograma

que registra a perda de massa da amostra em função da temperatura. A figura 52

apresenta a curva de TGA indicando uma perda de massa de 0,11 mg para a amostra

de Nb2O5 com a variação de temperatura de 0 a 1000°C.

O DTA (Differencial thermal analysis) por sua vez afere a diferença de

temperatura entre a Alumina, material inerte, e a amostra do pentóxido de nióbio

avaliado. Observa-se na figura 52 que a curva apresenta um pico característico de

processo exotérmico na temperatura de 700°C. Ou seja a amostra liberou um pico de

calor, mantendo a temperatura superior ao da amostra de referência, alumina. Para

Azevedo (AZEVEDO, 2010), esse pico pode representar alterações na amostra como

cristalização e solidificação. Melo (MELO, 2001), destaca que geralmente pode-se

dizer que fusão, ebulição, desidratação, redução produzem reações endotérmicas,

enquanto transições de fase e oxidação produzem efeitos exotérmicos.

4.3 Ensaios de Corrosão

4.3.1 Intemperismo

Os ensaios de intemperismo são muito úteis na avaliação da resistência a

corrosão de revestimentos em ambientes industriais, fornecendo bons resultados a

médio e longo prazo.

A tabela 28 apresenta as características referentes aos microclimas das quatro

estações de corrosão instaladas na planta química da empresa AMG Brasil.

Tabela 28 – Estações de corrosão localizadas na empresa AMG Brasil.

Estação de

corrosão

Nomenclatura Descrição

Digestão de Nióbio DNI Interno¹. Exposto a reagentes químicos³.

Ambiente muito úmido.

Digestão de Sais DSA Externo². Exposto aos reagentes

químicos³. Ambiente muito úmido.

Precipitação de

Nióbio PNI

Interno¹. Exposto a reagentes químicos³.

Baixa umidade.

Fábrica de Sais FSA Interno¹. Exposto aos reagentes

químicos. Ambiente muito úmido.

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109

1- Interno: Ambiente interno ao galpão, sem exposição ao sol, chuva e outras intempéries

relacionadas ao tempo.

2- Externo: Ambiente externo ao galpão, exposto ao sol, chuva e intempéries relacionadas ao

tempo.

3- Reagentes químicos: Atmosfera com presença de flúor, sulfatos e cloretos oriundos dos ácidos

fluorídrico, sulfúrico e clorídrico.

Os reagentes químicos presentes nesses ambientes apresentam difícil

quantificação, tendo em vista que estão inseridos em toda as atmosferas das unidades

fabris. No entanto, a sua presença pode ser confirmada, tendo como base os

reagentes consumidos ao longo do processo produtivo.

É sabido, porém, que a quantidade de reagentes utilizadas ao longo do processo

é diferente nos quatro ambientes. Logo, os agentes corrosivos oriundos desses

reagentes presentes no microclima diferem-se também.

A Figura 53 apresenta o gráfico comparativo qualitativo referentes a presença

dos reagentes dos quatro microclimas investigados na empresa AMG Brasil.

Figura 53 - Gráfico comparativo de quantidades de reagentes presentes nos microclimas da AMG Brasil.

Verifica-se na figura 53 que proporcionalmente a carga de ácidos é maior para o

ambiente DNI e consecutivamente para os ambientes DSA, PNI, FSA.

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110

Os três componentes citados: ácido fluorídrico, sulfúrico e clorídrico, em contato

com o ferro promovem a dissociação ativa do metal, ou seja, atacam agressivamente

o ferro promovendo a corrosão e perda das suas propriedades estruturais.

As reações abaixo apresentam o processo de corrosão entre o ferro e os

reagentes utilizados no processo produtivo.

a) Ácido Sulfúrico

H2SO4(aq) + Fe(s) FeSO4(s) + H2(g) (14)

b) Ácido Clorídrico

2Fe(s) + 6HCl(aq) 2FeCl3(s) + 3H2(g) (15)

c) Ácido fluorídrico

HF(aq) + Fe(s) FFe2(s) + H2(g) (16)

Pouco se tem estudado a respeito do processo corrosivo desses elementos

descritos acima, principalmente nos ambientes industriais de alta agressividade. Para

Panossian (PANOSSIAN et. al., 2012), apesar do grande consumo de ácido sulfúrico

no mundo, poucas pesquisas se dedicam ao estudo aprofundado dos mecanismos de

corrosão do aço por ação direta do H2SO4.

Para o ácido fluorídrico e clorídrico o cenário é análogo. Poucos trabalhos estão

direcionados diretamente para o entendimento do processo corrosivo do aço por

esses elementos corrosivos. Esse fato destaca, o presente trabalho frente as

necessidades de proteção anticorrosiva existentes nesse tipo de indústria.

A tabela 29 apresenta a nomenclatura utilizada nas amostras não revestidas,

confeccionadas em aço carbono SAE 1020, posicionadas nas quatro estações de

corrosão da empresa AMG Brasil.

Tabela 29 – Nomenclatura das amostras nas estações de corrosão.

Estação Amostra

Digestão de Nióbio ACO-DNI

Digestão de Sais ACO-DSA

Precipitação de Nióbio ACO-PNI

Fábrica de Sais ACO-FSA

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111

A Figura 54 apresenta as amostras não revestidas submetidas às intempéries

das quatro estações de corrosão, conforme descritos na Tabela 29. Os corpos provas

foram confeccionados em aço SAE 1020, sem tratamento superficial prévio, expostos

por um período de 18 meses nas quatro atmosferas agressivas.

Figura 54 - Amostras sem revestimentos expostas por 18 meses. A) ACO-DNI; B) ACO-DSA; C)

ACO-PNI; D) ACO-FSA

O processo de corrosão, em análise visual macroscópica, apresentou

características semelhantes entre os quatro microclimas. Todavia, o grau de corrosão,

descrito pela norma ISO 8501-1 (ISO 8501-1,2007), teve a sua intensidade

diferenciada entre os corpos de provas (CP’s). Esse comportamento, expressa

claramente o nível distinto de agressividade de cada ambiente, tendo relação direta

com os agentes corrosivos que atuam nos respectivos meios, conforme apresentado

na Figura 53.

Ou seja, em uma mesma planta industrial, no mesmo processo produtivo, tem-

se os resultados distintos quanto a agressividade corrosiva nas estruturas metálicas.

Esse fato evidencia a ação específica da corrosão e não generalizada como praticado

pela grande maioria das gestões mantenedoras em unidades fabris.

A amostra ACO-DNI, Figura 54-A, apresentou toda a sua superfície atacada pelo

processo corrosivo. Em análise comparativa, utilizando os critérios estabelecidos pela

norma ISO8501-1 tem-se o grau de corrosão D para a respectiva amostra. Ressalta-

se que na presente normativa o grau de corrosão varia entre A e D, sendo o D o maior

nível de corrosão apresentado. Esse resultado evidencia a alta agressividade do

ambiente DNI, caracterizado pela presença de gases corrosivos oriundo do processo

A B C D

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112

produtivo, que utiliza os ácidos fluorídrico 71% e sulfúrico 98%. É verificado também

grande presença de vapor d ‘agua, cloretos, além de outros componentes oriundos da

lixiviação do minério.

Para o ácido sulfúrico, presente em maior quantidade em todos os microclimas,

verifica-se que na sua reação com o ferro, ocorre a liberação de dois elétrons durante

a reação anódica e a liberação de hidrogênio gasoso na reação catódica.

Ácido Sulfúrico

H2SO4(aq) + Fe(s) FeSO4(s) + H2(g) (17)

Os ácidos fluorídricos e clorídricos também apresentam reações que favorecem

a corrosão do ferro preferencialmente, conforme pode ser verificado nas reações

abaixo:

Ácido Clorídrico

2Fe(s) + 6HCl(aq) 2FeCl3(s) + 3H2(g) (18)

Ácido fluorídrico

HF(aq) + Fe(s) FFe2(s) + H2(g) (19)

O corpo de prova ACO-DSA, Figura 54B, também foi atacado de maneira

uniforme em toda a sua área de exposição. Entretanto, a análise comparativa com a

ISO 8501-1 (ISO 8501-1,2007) apresenta o grau C de corrosão, sendo, portanto,

inferior à amostra ACO-DNI. Observa-se que a amostra ACO-DSA é a única que se

encontra sob a ação direta do tempo (sol, chuva, ventos), o que promove também

grande agressividade ao substrato metálico. Além disso, o corpo de prova está

inserido em um ambiente com a presença de gases ácidos e solventes, contudo em

concentrações e quantidades inferiores as apresentadas no ambiente DNI.

Comparando, as amostras ACO-DNI e ACO-DSA, verifica-se a maior agressividade

do primeiro ambiente.

A Tabela 30 estabelece um comparativo entre os resultados apresentados no

teste de intemperismo com a norma ISO 8501-1 (ISO 8501-1,2007).

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Tabela 30 - Comparativo entre os resultados de intemperismo das amostras não revestidas expostas por 18 meses, com a norma ISO8501-1.

Estação

de

Corrosão

Norma

ISO 8501-1

Corpos de provas

Intemperismo AMG

Grau de

corrosão

Apresentado

DNI

D

DSA

C

PNI

A

FSA

B

O corpo de prova ACO-FSA apresentou princípio de corrosão generalizada,

semelhante ao da amostra ACO-DSA, entretanto com uma intensidade menor. O grau

de corrosão B, exposto na ISO 8505-1 (ISO 8501-1,2007) é representativo para o nível

de corrosão da amostra descrita, conforme Figura da Tabela 30. Verifica-se que o

ambiente FSA é interno, não estando sob a ação das intempéries do tempo (umidade,

sol, ventos, etc), o que reduz a agressividade do meio. Ressalta-se também que

proporcionalmente o ambiente FSA apresenta carga de reagentes químicos inferior

as amostras DNI e DSA.

A amostra ACO-PNI apresentou o grau A de corrosão, o menor dentre todas as

amostras avaliadas. A área exposta não foi completamente atacada pelo processo

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114

corrosivo. Essa estação possui baixa umidade e concentração de gases ácidos, além

de estar localizada em um ambiente interno. Assim, esse microclima, mostrou-se ser

o menos agressivo em relação à corrosão entre os ambientes avaliados. Destaca-se,

porém, que pode haver pontos dentro da unidade de precipitação de nióbio com

agressividade superior aos resultados da estação PNI.

A concentração dos ácidos utilizados em cada microclima especificado é

conhecida pelo processo industrial, contudo, em função dos termos de

confidencialidade da empresa, a pesquisa limita-se a expor comparativamente os

dados em relação aos ambientes. Esses dados foram obtidos através dos relatórios

de emissão atmosféricas e testes específicos em cada planta. Ressalta-se, porém,

que os dados de concentração ácida nos microclimas supracitados, expressam dados

referentes a regiões próximas as estações de corrosão e não podem ser

generalizados para todos os pontos da planta fabril.

DNI

DSA

PNI

FSA

Figura 55 – Comparativo entre as concentrações dos ácidos HF, H2SO4, HCl nas estações de corrosão.

Observa-se que a estação DNI possui as maiores concentrações ácidas

seguidas por DSA, PNI e FSA respectivamente. Essa diferença entre as

concentrações tem origem no próprio processo produtivo dos óxidos de tântalo e

nióbio e do sal KBF4, que mantem a respectiva sequencia produtiva.

Destaca-se também a correlação entre a concentração ácida e os resultados

obtidos nos testes de intemperismo, que obteve maior agressividade para os

ambientes DNI, DSA, FSA e PNI, conforme apresentado na figura 55.

Ressalta-se que essa correlação não é válida para a amostra ACO-PNI, que

possui maiores concentrações ácidas no microclima PNI que o FSA. Contudo, nos

testes de intemperismo o ambiente FSA foi mais agressivo que o PNI. Pode-se inferir

que esse resultado é consequência da baixa umidade encontrada na região PNI, o

que desfavorece a ocorrência do processo corrosivo.

Salienta-se que os quatro ambientes investigados apresentam características

específicas em função da presença de agentes corrosivos, que influenciam

decisivamente na corrosão dos metais. Destaca-se nos testes de intemperismo a alta

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agressividade do ambiente DNI seguido pelos ambientes DSA, FSA e PNI

respectivamente.

Concomitantemente a avaliação dos microclimas das estações de corrosão, a

resistência anticorrosiva da tinta epóxi pigmentada com o pentóxido de nióbio, Nb2O5,

foi investigada.

A Tabela 31 apresenta a nomenclatura e as respectivas estações de corrosão

das amostras revestidas com tinta epóxi-Nb2O5, avaliadas por um período de 18

meses na planta química da empresa AMG Brasil.

Tabela 31 – Nomenclatura das amostras revestidas com tinta epóxi-Nb2O5.

Estação Amostra

Digestão de Nióbio TNL-DNI

Digestão de Sais TNL-DSA

Precipitação de Nióbio TNL-PNI

Fábrica de Sais TNL-FSA

A Figura 55 apresenta os corpos de prova revestidos por tinta de epóxi pigmenta

com nióbio na espessura 300m. As amostras foram expostas por um período de 18

meses as intempéries presentes nos quatro ambientes industriais descritos pela

Tabela 31.

Figura 55 - Amostras revestidas com tinta epóxi-Nb2O5 expostas por 18 meses. A) TNL300-

DNI; B) TNL300-DSA; C) TNL-PNI; D) TNL-FSA

A inspeção visual de corrosão em tintas e revestimentos submetidas as

intempéries visam identificar as falhas no filme como consequência do processo

A B C D

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corrosivo. A análise da degradação dos revestimentos é feita com base em normas e

padrões internacionais, sendo as principais estabelecidas em: ASTM714-09 (ASTM

714-09 (ASTM 714-09, 2009) que avalia o grau de empolamento do filme; ASTM

D661-11 (ASTM D661-11, 2011) grau de fissuração; ASTM 772-11 (ASTM 772-11,

2011) grau de descamação; ASTMD610-08 (ASTM D610-08, 2012) grau de

enferrujamento. Verificam-se também na literatura outras normas com aplicação

semelhantes, como a ISO NP EN ISO 4628-2005 (ISO 4628-05, 2005).

Após 18 meses de exposição nos quatro ambientes especificados, verificou-se

que não houve quaisquer indícios de falhas nos revestimentos ou a incidência do

processo corrosivo nos corpos de provas investigados.

A amostra TNL300-DNI submetida às intempéries do ambiente DNI,

notoriamente o mais agressivo, conforme indicado na tabela 29, permaneceu com a

sua estrutura inalterada. Não foi verificada na superfície exposta a incidência do

processo corrosivo. Houve uma modificação na tonalidade do filme, em função da

presença de materiais (oriundos do processo produtivo) sobrepostos na superfície do

CP, conforme apresentado na Figura 56.

Figura 56 – Detalhe da amostra TNL300-DNI com materiais sobrepostos em sua superfície durante os ensaios de intemperismo.

O CP TNL300-FSA de forma análoga ao TNL300-DNI também apresentou

mudança de tonalidade. Como não há exposição a raios UV, pode-se inferir que a

alteração de brilho é consequência dos materiais sobrepostos a superfície da amostra.

Não foi verificado nenhuma ocorrência do início do processo corrosivo.

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A amostra TNL300-PNI não teve nenhuma alteração em suas características

durante a realização do teste de intemperismo. A sua cor e brilho permaneceram

inalteradas, e não se verificou a corrosão na superfície do CP. Ressalta-se que não

houve a presença de materiais sobrepostos a superfície das amostras nesses

ambientes.

Os bons resultados apresentados pelo revestimento epóxi-Nb2O5 é

consequência das propriedades anticorrosivas do pigmento de pentóxido de nióbio,

inerte quimicamente na maioria dos meios. A Figura 57 apresenta o diagrama de

Pourbaix (E x pH) para o sistema Nb-H2O (POURBAIX, 1974).

Figura 57 - Diagrama E x pH do sistema Nb-H2O, a 25°C e pressão de 1 atm.

A análise do diagrama mostra que não existe um domínio termodinâmico de

corrosão, não havendo, portanto, solubilização dos óxidos de nióbio.

Nesse sentido, o Nb2O5 como pigmento anticorrosivo, se torna uma excelente

alternativa para a proteção anticorrosiva, tendo em vista a sua inércia química. O

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pentóxido de nióbio (Nb2O5) é de fato um óxido inerte, ou seja, ele não se solubiliza

em grande parte dos meios conhecidos.

Carvalho (CARVALHO, 2004) estudou esse óxido aplicado por aspersão térmica

na superfície do metal, sem a presença da resina, e constatou a proteção anticorrosiva

conferida por esse óxido nos meios agressivos das indústrias petroquímicas.

A única alteração das propriedades durante os testes de intemperismo foi

verificada na amostra TNL300-DSA, em que se observou a perda de brilho e

modificação na tonalidade da película. Nesse ambiente, pode-se constatar que a

alteração no brilho e cor está relacionada a exposição contínua dessa amostra aos

raios UV. Não ocorreu depósito de materiais sobre a superfície da amostra nesse

microclima.

Segundo Hamad (HAMAD, 2013 ), a maioria das formulações de tintas epóxi são

afetadas pela exposição aos raios UV, particularmente na presença de ar. Podem ser

observadas modificações químicas nas tintas epóxi que promovem mudanças nas

características físicas e mecânicas, como: dureza, resistência mecânica, cor e brilho.

Batista (BATISTA, 2004) destaca ainda que o brilho é uma propriedade relacionada a

superfície do revestimento, e a redução de sua intensidade é resultado de alterações

na estrutura química e mudanças na morfologia superficial. Malshe (MALSHE et. al.,

2004), afirma que a degradação da tinta epóxi por exposição aos raios UV,

denominada de calcinação, é consequência da presença da porção aromática e

secundariamente do grupo hidroxila presente em sua cadeia. Kotnarowska

(KOTNAROWSKA, 1999) em seu trabalho apresenta resultados que expressam

perdas das propriedades mecânicas de dureza e resistência mecânica da tinta epóxi

exposta a raios UV e em meios de alta agressividade.

Nesse sentido, foram aferidas as espessuras médias do revestimento antes e

após a realização do teste de intemperismo, conforme apresenta a Tabela 32. As

propriedades mecânicas de dureza e adesão também foram avaliadas para todas as

respectivas amostras.

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Tabela 32 – Espessuras médias das amostras antes e após 18 meses de exposição na planta química AMG Brasil.

Amostra

Tempo de exposição

Inicial 18 (meses)

Espessura (m)

TNL300-DNI 301 297

TNL300-DSA 310 307

TNL300-PNI 299 301

TNL300-FSA 302 304

Para todas as amostras apresentadas, verifica-se que as espessuras dos

revestimentos não sofreram alterações consideráveis após o teste. Ou seja, não foi

observada a perda de espessura após 18 meses de exposição das amostras nos

respectivos microclimas de alta agressividade.

A Tabela 33 apresenta os resultados de ultra micro dureza das amostras antes

e após 18 meses de exposição nas quatro estações de corrosão.

Tabela 33 – Ultra micro dureza vickers das amostras TNL300 antes e após 18 meses de exposição nas estações de corrosão.

Tempo de

exposição Amostra

Ultra micro dureza

Vickers (HV)

Inicial -

Antes da

exposição

TNL300 16,53

18 meses

TNL300-DNI 16,85

TNL300-DSA 16,61

TNL300-PNI 16,31

TNL300-FSA 16,24

Observa-se que a ultra micro dureza não apresentou grandes variações após a

exposição nas respectivas estações de corrosão. Nesse sentido, é possível afirmar

que após 18 meses de exposição nos microclimas da unidade fabril, a tinta TNL300

manteve a sua dureza inalterada.

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A resistência à tração também foi verificada antes e após a realização dos testes,

através do ensaio de Pull off, em conformidade com a ASTM D 4541(ASTM

D4441,2009). A Tabela 34 apresenta os respectivos resultados.

Tabela 34 - Teste de resistência a tração Pull off das amostras TNL300 antes e após 18 meses de exposição nas estações de corrosão.

Tempo de

exposição Amostra

Resistência a tração

Pull off (MPa)

0 meses TNL300 5,14

18 meses

TNL300-DNI 5,16

TNL300-DAS 5,13

TNL300-PNI 5,15

TNL300-FSA 5,13

Inicialmente foi verificado que a amostra TNL300 apresentou a resistência a

tração média de 5,14 MPa. Após a exposição por 18 meses, não foram verificadas

modificações significativas na resistência a tração das respectivas amostras, que

apresentaram valores de resistência a tração próximos a amostra TNL300 antes da

exposição.

Nesse sentido, constata-se que a resistência mecânica das amostras expostas

nas estações de corrosão, dureza e resistência a tração Pull off permaneceram

inalteradas. Ou seja, as atmosferas corrosivas das respectivas estações de corrosão

não influenciaram na resistência mecânica dos revestimentos após 18 meses de

exposição.

Hamad (HAMAD, 2013) e Kotnarowska ( KOTNAROWSKA, 1999), identificaram

em seus trabalhos a redução das propriedades mecânicas da película em função da

calcinação da tinta epóxi, após exposição aos raios UV.

De forma antagônica a amostra TNL300-DSA, que esteve sob a ação dos raios

UV e sofreu modificações no brilho e tonalidade após os testes, não apresentou

alterações em suas propriedades mecânicas e anticorrosivas após o período de 18

meses de exposição.

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Visando verificar a estrutura microscópica das películas foi realizada a

microscopia eletrônica de varredura antes e após o ensaio de intemperismo, como

apresentado nas Figuras 58 e 59.

Figura 58 - Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (1000X) 15KV TNL300.

A Figura 58 revela a microscopia eletrônica de varredura da amostra TNL300

antes do ensaio de intemperismo. A estrutura microscópica do revestimento epóxi-

Nb2O5 é composta por resina epóxi (fundo escuro) e pigmentos de Nb2O5 (pontos

brancos) distribuídos de forma homogênea em toda superfície da amostra. Não foram

identificadas durante essa análise nenhuma microfissura, porosidades ou defeitos na

película.

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Figura 59 - Microscopia eletrônica de varredura (MEV) (1000X) 15KV após 18 meses de

exposição. A) TNL300-DNB, B) TNL300-DSA, C) TNL300-PNI, D) TNL300-FSA.

Após a exposição por 18 meses nas quatro estações de corrosão foi realizada a

microscopia eletrônica de varredura para verificar a estrutura microscópica dos

corpos-de-prova. Em nenhuma das amostras foi verificado alteração das

características estruturais originais da película, representada pela figura 59. Não foi

observado também a ocorrência de nenhum micro porosidade ou trincas na película

em decorrência da exposição durante o ensaio de intemperismo.

Assim, tendo em vista os resultados do teste de intemperismo, a tinta epóxi-

Nb2O5, mostra-se como uma excelente alternativa de proteção anticorrosiva para as

estruturas das indústrias químicas, que operam com a presença ácidos sulfúrico,

fluorídrico, cloretos, entre outros. Após a exposição por 18 meses nessas condições

de alta agressividade, as propriedades mecânicas e anticorrosivas da película epóxi-

Nb2O5 mantiveram-se inalteradas. A estrutura microscópica do revestimento também

permaneceu com as suas características originais.

Na empresa AMG, verifica-se que todas as estruturas e equipamentos utilizados

na planta química são protegidas da corrosão com a tinta epóxi convencional. Após

avaliação das ordens de serviço de manutenção da empresa nos últimos anos, foi

possível observar que o revestimento recebe manutenção após seis meses de

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exposição nas áreas de maior criticidade como é o caso da digestão de nióbio, e

repintura completa após doze meses.

Assim, em análise comparativa meramente qualitativa, entre o revestimento

epóxi-Nb2O5 e a tinta epóxi convencional, verifica-se a viabilidade técnica e financeira

da utilização das tintas epóxi pigmentadas com Nb2O5 na planta industrial da AMG

Brasil. A tabela 35 apresenta a análise comparativa entre os revestimentos.

Tabela 35 – Comparativo entre tinta epóxi-Nb2O5 e Tinta epóxi convencional.

Revestimento Tempo de exposição/Falhas acentuadas

Custo do m² revestido

Investimento anual

TNL 12 meses sem falhas

R$ 167,00 R$ 167,00

TNC 12 meses com falhas

R$ 89,00 R$ 188,00

A tabela 35 revela que anualmente as estruturas revestidas com a tinta epóxis

convencionais precisam ser revestidos completamente duas vezes, tendo em vista os

ataques corrosivos sofridos na planta. As tintas epóxi-Nb2O5, por sua vez necessitam

apenas de uma aplicação anual da película, conforme verificado nos testes de

intemperismo.

Nesse sentido, verifica-se que a utilização da tinta epóxi-Nb2O5 pode promover

uma economia de até 11% diretamente na proteção anticorrosiva. Observando ainda

os possíveis impactos indiretos, principalmente no que se refere a degradação de

estruturas e equipamentos susceptíveis a ação do processo corrosivo após a falha da

película, os benefícios da tinta epóxi-Nb2O5 podem ser ainda maiores.

É notório que a viabilidade poderá ser ainda mais positiva para a tinta epóxi-

Nb2O5, pois o monitoramento dos testes foi realizado por um período de apenas

dezoito meses, sem a ocorrência de falhas.

4.3.2 Câmaras

4.3.2.1 Névoa Salina e 100% umidade

A figura 60 apresenta os resultados obtidos para as amostras TNL100, TNL300

e TEC100 sem incisão, após 2500 horas no ensaio de névoa salina, em conformidade

com a norma ASTM B117 (ASTM B117 , 2011).

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Figura 60 - Resultados do ensaio de névoa salina após 2500 horas. Amostras TNL100, TNL300 e TEC100.

Após 2500 horas de exposição na atmosfera da câmara salina não foram

verificadas alterações na estrutura das películas. A amostra TNL100 permaneceu com

suas características originais, não sendo observadas mudanças na cor e brilho. Houve

uma ligeira corrosão nas extremidades dos corpos de provas, em decorrência de falha

de cobertura da película nessas áreas do corpo de prova. Entretanto, não foi

observado a incidência do processo corrosivo em outras áreas da amostra.

A amostra TN300 também não apresentou nenhuma modificação de suas

características originais. Não foram identificadas evidencias de corrosão, bolhas,

descamação ou trincas nas superfícies dos corpos de provas.

A amostra TEC100, também não mostrou modificações na estrutura da película

após as 2500 horas de exposição na câmara salina. Houve uma corrosão leve nas

extremidades do corpo de prova, em decorrência da falha de cobertura da película

nas respectivas áreas.

A Figura 61 apresenta os resultados do ensaio de câmara salina para as

amostras TNL100, TNL300 e TEC100 com incisão em X na superfície dos corpos de

provas, conforme ASTM B117 (ASTM B117 , 2011).

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Figura 61 - Resultados do ensaio de névoa salina após 2500 horas. Amostras TNL100, TNL300 e TEC100 com incisão em X.

Após 2500 horas submetidas a atmosfera salina todos os corpos de provas foram

atacados na região da incisão, com graus diferentes de intensidade.

A amostra TNL100 apresentou alto grau de corrosão nas regiões das incisões,

superfícies desprotegidas. No entanto, verifica-se que a corrosão não afetou as

regiões protegidas pela película. Ou seja, a corrosão não se propagou na superfície

do revestimento. Portanto, não houve descamação ou trincas do revestimento nas

regiões próximas da incisão. Observa-se que as extremidades dos corpos de provas

sofreram leve ataque corrosivo.

De forma similar a amostra TNL300 também sofreu ataque corrosivo intenso nas

regiões das incisões, entretanto, em grau levemente inferior a amostra TNL100. Não

foram verificadas evidencias da corrosão, bolhas, descamação ou trincas na película.

Assim, o processo corrosivo na região da incisão não influenciou nas características

da película. A amostra TNL300 permanece com o brilho e tonalidade originais.

A amostra TEC100 foi a que sofreu o mais severo ataque na região da incisão.

Entretanto, o processo corrosivo também não se propagou para região protegida pela

película. Nesse sentido, não foram verificadas bolhas, descamação ou trincas no

revestimento. Verificou-se uma perda ligeira de brilho e tonalidade, e corrosão leve

nas extremidades dos corpos de provas.

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126

A Figura 62 apresenta os resultados obtidos após 2500 horas no teste de 100%

umidade para as amostras TNL100, TNL300 e TEC100, conforme ASTM 2247 (ASTM

D2247, 2015).

Figura 62 - Resultados do 100%% umidade após 2500 horas. Amostras TNL100, TNL300 e TEC100.

No teste 100% umidade, definido pela ASTM D2247 (ASTM D2247, 2015) , as

amostras permaneceram por 2500 horas inseridas na atmosfera úmida. Após a

realização dos testes foi verificado o empolamento de todas as amostras avaliadas,

diferindo-se entre as amostras, em tamanho e densidade de distribuição nas

superfícies.

O empolamento é definido pela NBR 15156-04 (ANBT NBR 15156-04, 2004)

como um defeito estrutural na película de uma tinta, caracterizado pelo surgimento de

saliências que variam em tamanho e intensidade, comprometendo a performance do

sistema de pintura.

A amostra TNL100, de acordo com ASTM D714 (ASTM 714-09, 2009),

apresentou o empolamento médio de tamanho 4. Não foram verificadas outras

evidencias do processo corrosivo na superfície da película. O revestimento manteve

o seu brilho e tonalidade originais.

Na amostra TNL300 também foi verificado o empolamento na superfície da

película. Não obstante, as bolhas apresentaram densidade menor. Observa-se que as

bolhas possuem tamanho 4 com baixa frequência de ocorrência. A película manteve-

se inalterada após o ensaio, não sendo verificado a ocorrência de descamação,

trincas, e modificações no brilho e tonalidade.

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A amostra TEC100 apresentou bolhas em toda a superfície da película. Em

análise com a norma ASTM D714 (ASTM 714-09, 2009), verifica-se que o

empolamento foi médio com bolhas de tamanho 4. Não foram verificadas evidencias

do processo corrosivos, ou outros tipos de falha nos corpos de provas.

Figura 63 - Resultados do 100%% umidade após 2500 horas. Amostras TNL100, TNL300 e TEC100 com incisão em X (ASTM 2247).

As amostras com incisão em X também foram testadas no ensaio de este 100%

umidade, definido pela ASTM D2247 (ASTM D2247, 2015). Após 2500 horas de

exposição foi verificado o empolamento em todas as películas avaliadas. Ressalta-se,

porém, que os tamanhos e densidade de bolhas foram diferentes em cada amostra.

A amostra TNL100 apresentou dois tipos de bolhas em sua superfície. Nas

regiões próximas da incisão as bolhas apresentaram um tamanho maior e quantidade,

sendo definidas pela ASTM D714 (ASTM 714-09, 2009) como tamanho 2 e baixa

quantidade. Nas outras áreas do CP as bolhas possuíam um tamanho menor, 4, em

maior quantidade, média. Verifica-se também uma corrosão leve na região da incisão,

desprotegida pelo filme.

A película TNL300 foi a que apresentou o melhor comportamento dentre as

amostras avaliadas. Houve o empolamento na superfície, contudo em níveis menores.

As bolhas possuíam o tamanho 4 com baixa quantidade. A região da incisão também

teve corrosão leve.

A amostra TEC100 teve um comportamento similar a amostra TNL100. As

bolhas apresentaram uma densidade média de tamanho 4, conforme ASTM D714

(ASTM 714-09, 2009). Observa-se também que a região da incisão apresentou

corrosão leve após a exposição na câmara úmida.

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Verifica-se que as amostras com espessura de 100 µm de ambos os

revestimentos TNL e TEC não apresentaram boa resistência em ambientes de alta

umidade, mesmo não sendo verificada a incidência de outros tipos de falhas. O

revestimento TNL300 manteve a sua integridade, não sendo afetado pela ação do

ambiente.

A Tabela 36 apresenta o resumo dos resultados nos testes acelerados de

corrosão: Imersão total, névoa salina e 100% umidade.

Tabela 36 - Resumo dos resultados nos testes realizados no laboratório.

Ensaio normatizado TNL100 TNL300 TEC100

Imersão Total 20%

H2SO4 - ASTM

D1308.

Sem Falhas Sem Falhas Bolhas de tamanho 2

e baixa frequência.

Trincas e

descamação do

revestimento. Ensaio

interrompido com 732

horas.

Imersão Total 40%

H2SO4 - ASTM

D1308.

Alteração de brilho e

tonalidade. Sem outras

falhas.

Alteração de brilho e

tonalidade. Sem

outras falhas.

Bolhas de tamanho 2

e baixa frequência.

Trincas e

descamação do

revestimento. Ensaio

interrompido com 768

horas.

Imersão Total 3,5%

NaCl - ASTM D1308.

Sem Falhas Sem Falhas Sem Falhas

Névoa Salina ASTM

B117

Ligeira corrosão nas

extremidades do CP.

Sem falhas. Ligeira corrosão nas

extremidades do CP.

Névoa Salina ASTM

B117 – com incisão

Corrosão acentuada

na incisão. Sem falhas

no restante do CP.

Corrosão na incisão.

Sem falhas no

restante do CP.

Corrosão severa na

incisão. Sem falhas

no restante do CP.

100% Umidade

ASTM D2247

Empolamento médio,

tamanho 4. Sem outras

falhas no restante do

CP.

Empolamento baixo,

tamanho 4. Sem

outras falhas no

restante do CP.

Empolamento médio,

tamanho 4. Sem

outras falhas no

restante do CP.

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100% Umidade

ASTM D2247 – com

incisão

Empolamento baixo,

tamanho 2 na incisão.

Empolamento médio,

tamanho 4 em outras

áreas. Sem outras

falhas no restante do

CP.

Empolamento baixo,

tamanho 4. Sem

outras falhas no

restante do CP.

Empolamento médio,

tamanho 4. Sem

outras falhas no

restante do CP.

4.3.3 Potencial vs Tempo

A Figura 64 apresenta a avaliação do potencial a circuito aberto (Eocp) VS

tempo, para as amostras TNL100, TNL300 e TEC100, na solução de 20%H2SO4, em

25ºC.

Figura 64 - Curva potencial VS tempo das amostras TNL100, TNL300 e TEC100 na solução de 20%H2SO4.

Verifica-se que o potencial em circuito aberto para a solução de 20% H2SO4 teve

uma tendência catódica mais evidenciado na amostra TNL300, ou seja, ocorreu uma

queda no potencial com o passar do tempo até a sua estabilização. Nas amostras

TNL100 e TEC100 houve também uma ligeira queda no potencial, entretanto de forma

mais suave tendo em vista a penetração do eletrólito de forma imediata na película.

A tabela 37 apresenta os tempos e valores de potencial (Eocp) até a sua

respectiva estabilização.

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Po

ten

cial

(EC

S) m

V

Tempo (Horas)

TNL100

TNL300

TEC100

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130

Tabela 37 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de 20% H2SO4.

Solução Amostra

Potencial

estabilização

(mV)

Tempo para

estabilização do

potencial (horas)

H2SO4

20%

TNL100 -418 1632

TNL300 -400 1846

TEC100 -414 648

Aço

1020 -404 96

Os valores de estabilização do Eocp das amostras TNL100, TNL300 e TEC100

na solução de 20% H2SO4 variaram de -400 mV a -421 mV (ECS).

A amostra TNL100 iniciou o teste com o potencial próximo de -410 mV e teve

uma queda ligeira no valor do Eocp até a sua respectiva estabilização, que ocorreu em

-418 mV despendendo um tempo de 1632 horas. A amostra TEC 100 obteve um

comportamento semelhante, iniciando o potencial em -405 mV e estabilizando em -

414 mV. No entanto, o tempo para a estabilização do potencial da amostra TEC100

foi inferior, sendo de 648 horas apenas.

Verifica-se que os potenciais iniciais para ambas amostras se aproximam do Ecorr

do aço para a respectiva solução logo no início do teste. Assim, esses resultados

indicam que para as amostras TNL100 e TEC100 a penetração do eletrólito no

revestimento, atingindo o substrato metálico, ocorreu de forma instantânea.

A amostra TNL300 iniciou o potencial em 0 mV (sem contato elétrico) tendo uma

queda acentuada do potencial com o passar do tempo até a sua respectiva

estabilização em -400 mV. De todas as amostras a TNL300 despendeu o maior tempo

para a estabilização do Eocp. Esse comportamento é consequência da maior proteção

por barreira que esse revestimento proporciona. Inicialmente ele atua como barreira

impermeável, impedindo completamente o contato entre eletrólito e substrato

metálico. Com o passar do tempo, em imersão, a solução permeia a película protetora

até atingir o metal.

A figura 65 apresenta a avaliação do potencial a circuito aberto (Eocp) VS o

tempo, para as amostras TNL100, TNL300 e TEC100, na solução de 40% H2SO4, em

temperatura de 25ºC.

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131

Figura 65 - Curva potencial vs tempo das amostras TNL100, TNL300 e TEC100 na solução de 40%H2SO4.

O potencial em circuito aberto para a solução de 40% H2SO4 teve também uma

tendência catódica acentuada na amostra TNL300, ou seja, ocorreu uma queda no

potencial com o passar do tempo até a sua estabilização. As amostras TNL100 e

TEC100 também apresentam ligeira queda no potencial ao longo do tempo.

A Tabela 38 apresenta os tempos e valores de potencial (Eocp) até a sua

respectiva estabilização.

Tabela 38 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de 40% H2SO4.

Solução Amostra

Potencial

estabilização

(mV)

Tempo para

estabilização do

potencial (horas)

H2SO4

40%

TNL100 -393 948

TNL300 -390 1140

TEC100 -397 768

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Po

ten

cial

(EC

S) m

V

Tempo (Horas)

TNL100

TNL300

TEC100

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132

Aço

SAE1020 -393 432

Os valores de estabilização do Eocp das amostras TNL100, TNL300 e TEC100

na solução de 40% H2SO4 variaram de -390 mV a -397 mV (ECS).

Todas as amostras apresentaram a tendência catódica do potencial em circuito

aberto, tendo o potencial de estabilização grande proximidade com o Ecorr do aço para

a respectiva solução. Esse comportamento nos indica que a solução penetrou nas

películas protetoras, atingindo o substrato metálico e promovendo o contato elétrico.

Com o passar do tempo nas três amostras o potencial se estabilizou próximo ao Ecorr

do aço para a solução de 40% H2SO4.

A amostra TNL100 iniciou o teste com o potencial de -320 mV tendo uma ligeira

queda no valor do Eocp até a sua estabilização, que ocorreu em -393 mV com 948

horas de ensaio. A amostra TEC100 por sua vez iniciou com o potencial de -354 mV

e estabilizou com -397 mV, despendendo um tempo de apenas 768 horas.

Novamente, é possível identificar que os potenciais iniciais para ambas amostras

se aproximam do Ecorr do aço para a respectiva solução logo no início do teste. Assim,

esses resultados indicam que para as amostras TNL100 e TEC100 a penetração do

eletrólito no revestimento, atingindo o substrato metálico, ocorreu de forma

instantânea.

De forma similar ao comportamento apresentado na solução de 20% H2SO4, na

solução de 40% H2SO4, a amostra TNL300 apresentou o maior tempo de estabilização

do potencial, sendo de 1140 horas. A amostra TNL300 iniciou o potencial em 0 mV

(sem contato elétrico) tendo uma queda acentuada do potencial com o passar do

tempo até a sua respectiva estabilização em -390 mV. O efeito de proteção por

barreira impede inicialmente o contato entre o eletrólito e o substrato metálico. Com o

passar do tempo, em imersão, a solução permeia a película protetora até atingir o

metal alcançando o potencial de estabilização.

A Figura 66 apresenta a avaliação do potencial a circuito aberto (Eocp) VS o

tempo, para as amostras TNL100, TNL300 e TEC100, na solução de 3,5% NaCl, em

temperatura de 25ºC.

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133

Figura 66 - Curva potencial vs tempo das amostras TNL100, TNL300 e TEC100 na solução de 3,5% NaCl.

O potencial em circuito aberto para a solução de 3,5% NaCl teve também uma

tendência catódica em todas as amostras, ou seja, ocorreu uma queda no potencial

com o passar do tempo até a sua estabilização. O Eocp iniciou em valores mais nobres

e ao longo do tempo ele diminuiu para valores mais negativos.

A Tabela 39 apresenta os tempos e valores de potencial (Eocp) até a sua

respectiva estabilização.

Tabela 39 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de 3,5% NaCl.

Solução Amostra

Potencial em

circuito aberto

(mV)

Tempo para

estabilização do

potencial (horas)

3,5%

NaCl

TNL100 -629 984

TNL300 -596 1152

TEC100 -628 732

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Po

ten

cial

(EC

S) m

V

Tempo (horas)

TNL100

TNL300

TEC100

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134

Aço SAE

1020 -649 384

As amostras TNL100, TNL300 e TEC100 na solução de 3,5% NaCl

apresentaram Eocp de estabilização entre -596 mV a -629 mV. Esses valores se

aproximam do Ecorr do aço para essa solução, de -649 mV.

A amostra TNL100 iniciou o ensaio com o potencial de -395 mV tendo uma queda

no valor do Eocp até a sua estabilização que ocorreu em -629 mV, despendendo um

tempo de 984 horas. De forma similar, a amostra TEC100 iniciou o teste com o

potencial de -388 mV, teve uma queda no valor do Eocp até a sua estabilização em -

628 mV, após 732 horas de imersão.

De forma diferente as soluções de H2SO4, na solução de 3,5% NaCl, a queda do

potencial ocorreu de forma acentuada para as amostras TNL100 e TEC100. Ou seja,

inicialmente não houve um contato total do eletrólito com o substrato metálico. Com o

passar do tempo o potencial foi atingindo valores menos nobres, e se aproximou do

potencial de corrosão do aço para essa solução, -649 mV.

Já a amostra TNL300 obteve comportamento semelhante ao apresentado nas

soluções de H2SO4. Inicialmente o potencial permaneceu em 0 mV (sem contato

elétrico) tendo uma queda acentuada do potencial com o passar do tempo até a sua

respectiva estabilização em -596 mV. Novamente o efeito de proteção por barreira

impede o contato elétrico entre o eletrólito e o substrato metálico. Entretanto, com o

passar do tempo, a solução penetra a película protetora até atingir o metal alcançando

o potencial de estabilização.

Em todas as soluções estudadas, é possível verificar que a película de 300 m

apresenta o efeito de proteção por barreira superior as amostras com 100 m.

Observa-se também que a espessura e qualidade do revestimento influenciam

também no tempo de estabilização do potencial.

A capacidade de proteção por barreira de uma película é muito importante para

a especificação de esquemas de pintura, sendo muito útil na seleção de revestimento

e camadas protetoras.

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135

4.3.4 Imersão Total

A Tabela 40 apresenta o potencial em circuito aberto (Eocp) e o tempo de imersão

até o surgimento de falhas. O potencial em circuito aberto foi monitorado durante o

teste de imersão total em solução de 20% H2SO4, na temperatura de 32°C, de acordo

com a ASTM D1308 (ASTM D1308 , 2013)

.

Tabela 40 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de 20% H2SO4.

Solução Amostra

Potencial

circuito

aberto Eocp

(mV)

Tempo até o

início da falha

(horas)

Tempo de

ensaio

(horas)

20% H2SO4

TNL100 -418 Sem Falhas Sem falhas

TNL300 -400 Sem falhas Sem falhas

TEC100 -414 480 732

O potencial em circuito aberto de todas as amostras avaliadas, variaram de -400

mV até -418 mV. Esses valores se aproximaram do Eocp para o aço sem revestimento

na respectiva solução, que foi de -404 mV.

A Figura 67 apresenta os corpos de provas após o ensaio de imersão total em

solução de 20% H2SO4.

Figura 67 - Corpos de provas após imersão na solução de 20% H2SO4.

Verifica-se nos corpos de provas das amostras TNL100 e TNL300 que não houve

alteração das características das películas após 3000 horas de imersão na solução

de 20% H2SO4. Não foi observado a formação de bolhas, corrosão, trincas,

delaminação ou gizamento da película. O brilho e a tonalidade das amostras

permaneceram inalterados após o teste. Assim, verifica-se o excelente

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136

comportamento do revestimento de epóxi-Nb2O5 em imersão na solução de 20%

H2SO4.

A amostra TEC100 não apresentou o mesmo comportamento das amostras

TNL. Após 480 horas de ensaio surgiram bolhas na película de baixa frequência e

tamanho 4, conforme ASTM D714 (ASTM 714-09, 2009). Na sequência apareceram

algumas trincas e foi observado a descamação do revestimento. O teste foi

interrompido com 732 horas, sendo identificado o processo acelerado de corrosão do

substrato sob a película.

Figura 68 - Amostra TEC100 após 732 horas de imersão em solução de 20% H2SO4

A Tabela 41 mostra o potencial em circuito aberto (Eocp) e o tempo de imersão

até o surgimento de falhas. O potencial em circuito aberto foi monitorado durante o

teste de imersão total em solução de 40% H2SO4, na temperatura de 32°C, de acordo

com a ASTM D1308 (ASTM D1308 , 2013).

Tabela 41 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de 40% H2SO4.

Solução Amostra

Potencial

estabilização

(mV)

Tempo até o

início da falha

(horas)

Tempo de

ensaio

(Horas)

40%

H2SO4

TNL100 -393 Sem falhas Sem falhas

TNL300 -390 Sem Falhas Sem Falhas

TEC100 -397 490 768

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137

O potencial em circuito aberto de todas as amostras avaliadas, variaram de -390

mV até -397 mV. Esses valores se aproximaram do Eocp para o aço sem revestimento

na respectiva solução, que foi de -391 mV.

A figura 69 apresenta os corpos de provas após o ensaio de imersão total em

solução de 40% H2SO4.

Figura 69 - Corpos de provas após imersão na solução de 40% H2SO4.

Após 3000 horas em imersão na solução de 40% H2SO4, as amostras TNL100 e

TNL300 não apresentaram sinais da ocorrência de processos corrosivos. Os

revestimentos permaneceram com sua estrutura inalterada, sem evidencias do

surgimento de bolhas, trincas ou delaminação no exame visual realizado. Entretanto,

após o teste foi identificado a alteração acentuada no brilho com perda da tonalidade

da película. Verifica-se que as amostras TNL100 e TNL300 sofreram uma redução do

brilho, se tornando opacas com uma tonalidade amarelada, diferente do branco

original do revestimento.

Malinowski (MALINOWSKI, 2013), estudou tintas epóxi para pintura em

ambientes imersos, investigando diversas soluções. Nos testes de imersão total em

solução de 30% H2SO4 foi verificado a alteração de brilho e cor nas películas epóxi. O

teste durou 2160 horas e não foi observado falhas nas películas.

A amostra TEC100 por sua vez não apresentou um bom comportamento quando

submetida a imersão total em 40% H2SO4. Durante a realização do teste, foram

verificadas falhas no revestimento oriundas da corrosão do substrato metálico e da

própria resistência química da película. Após 490 horas surgiram bolhas na superfície

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138

revestida. A ASTM D714 (ASTM 714-09, 2009) estabelece os critérios e padrões

comparativos para avaliação de bolhas em tintas. Nesse sentido, inicialmente as

bolhas apresentaram média densidade e tamanho 2. Ressalta-se que a presente

normativa define tamanhos para as bolhas que variam de 2 a 8, sendo o número 2 a

maior delas. Na sequência do ensaio surgiram trincas e foi verificado a descamação

do revestimento. Após 768 horas o teste foi finalizado e identificou-se o processo

corrosivo acelerado do substrato metálico sob a película.

Figura 14 – Amostra TEC100 após 768 horas de imersão na solução de 40% H2SO4.

A Tabela 42 apresenta o potencial em circuito aberto (Eocp) e o tempo de imersão

até o surgimento de falhas. O potencial em circuito aberto foi monitorado durante o

teste de imersão total em solução de 3,5% NaCl, na temperatura de 25°C, de acordo

com a ASTM D1308 (ASTM D1308 , 2013).

Tabela 42 - Potencial e tempo de estabilização de potencial das amostras na solução de 3,5% NaCl.

Solução Amostra

Potencial

estabilização

(mV)

Tempo até o

início da falha

(horas)

Tempo de

ensaio

(Horas

3,5%NaCl

TNL100 -629 Sem falhas Sem falhas

TNL300 -596 Sem falhas Sem falhas

TEC100 -628 Sem falhas Sem falhas

O potencial em circuito aberto de todas as amostras avaliadas, variaram de -596

mV até -628 mV. Esses valores se aproximaram do Eocp para o aço sem revestimento

na respectiva solução, que foi de -649 mV.

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139

A Figura 70 mostra os resultados do teste de imersão total em solução de 3,5%

para as amostras TNL100, TNL300 e TEC100.

Figura 70 - Corpos de provas após imersão na solução de 3,5% NaCl.

Após 3000 horas de imersão em solução de 3,5% de NaCl, não foram verificadas

quaisquer evidencias de alterações nas características das amostras TNL100,

TNL300 e TEC100 durante a inspeção visual. Os revestimentos permaneceram

inalterados, apresentando, portanto, um bom comportamento em imersão para a

solução de 3,5% NaCl.

4.3.5 Espectroscopia de Impedância Eletroquímica

A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) é um dos métodos mais

utilizados para estudo de processos corrosivos no sistema metal/revestimento. A partir

da sua realização é possível identificar vários parâmetros do sistema.

As Figuras 71,72 e 73 apresentam os resultados das impedâncias

eletroquímicas realizadas nas amostras TNL100, TNL300 e TEC100, em solução de

20% H2SO4. A medida inicial foi feita após uma hora e meia de imersão em solução,

para a estabilização do sistema.

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140

Figura 71 – Diagrama de Nyquist revestimentos epóxi em solução 20% H2SO4

Esses diagramas representam os fenômenos ocorridos na interface metálica, em

todas as camadas do revestimento. Verifica-se que para a solução de 20% H2SO4, a

amostra TNL300 apresentou uma configuração semelhante a uma reta quase paralela

ao eixo imaginário, caracterizando assim um revestimento com proteção por barreira

ideal. Silva (SILVA, 2006), revela que uma tinta que possui a propriedade de barreira

perfeita, apresentando características resistivas ideais, ou seja, apresenta uma reta

paralela ao eixo Zimg.

As amostras TNL100 e TEC apresentaram ligeira tendência na formação de um

arco capacitivo. Esse resultado nos indica o início da permeação do eletrólito, que ao

entrarem em contato com a interface metal/revestimento, promove o início do

processo corrosivo.

A Tabela 43 apresenta os valores de impedância obtidas no diagrama e Nyquist

para a frequência mínima de teste em solução de 20% H2SO4.

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141

Tabela 43 - Valores de impedância para as amostras em solução de 20% H2SO4, na frequência de 0,01Hz.

Amostra Frequência

Hz

Impedância

()

Z’ (real)

Z’’ (Imaginária)

TNL300 0,01 4,695E9 1,782E10 1,843E10

TNL100 0,01 4,126E9 6,524E9 8,014E9

TEC100 0,01 2,999E9 3,603E9 4,688E9

Comparando-se os revestimentos submetidos a EIE em solução de 20% H2SO4

pode-se constatar que o maior valor de impedância foi obtido para a amostra TNL300

seguido por TNL100 e TEC100 conforme apresentado na Tabela 43.

Figura 72 – Diagrama de impedância na forma Bode módulo em solução de 20% H2SO4.

Na Figura 72 para as regiões de alta frequência (1KHz a 100 KHz) todas as

amostras apresentaram comportamento similar, com os valores das componentes real

e imaginária da ordem de 100 K. Nas regiões de baixas frequências (0,01 Hz a 1

Hz) os valores de impedância foram muito similares entre as amostras TLN300 e

TNL100, com destaque para a amostra TNL300 que apresentou o maior valor de

impedância evidenciando assim a sua maior capacidade de proteção anticorrosiva.

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142

Figura 73 – Diagrama de impedância Bode fase em solução de 20% H2SO4.

Na Figura 73, diagrama de ângulo de fase de Bode, observa-se que nas regiões

de alta frequência todas as amostras se aproximaram do ângulo de 90°. Com o

aumento do tempo de imersão, para baixas e médias frequências as amostras

TEC100 e TNL100 apresentaram ângulos próximos de 50° e 60° respectivamente,

sugerindo modificações em decorrência da aceleração nos processos de transferência

de cargas na interface da película e solução. A amostra TNL300 por sua vez manteve-

se constante próximo de 90° indicando a manutenção das características iniciais

resistivas da película protetora.

Esses resultados corroboram com os obtidos nos testes eletroquímicos de

imersão e potencial vs tempo, indicando um melhor comportamento protetor

anticorrosivo da amostra TNL300 em solução de 20% H2SO4.

As Figuras 74,75 e 76 apresentam os resultados das impedâncias

eletroquímicas realizadas nas amostras TNL100, TNL300 e TEC100, em solução de

40% H2SO4.

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143

Figura 74 - Diagrama de Nyquist revestimentos epóxi em solução 40% H2SO4

Verifica-se novamente para as amostras imersas na solução de 40% H2SO4,

Figura 74 um comportamento similar a solução anterior. A amostra TNL300 se

comportou inicialmente como uma película impermeável, impedindo o contato do

eletrólito com o substrato metálico. A configuração similar a uma reta paralela ao eixo

imaginário nos indica tal comportamento.

As amostras TNL100 e TEC apresentaram a tendência de formação de um arco

capacitivo, o que indica por sua vez a passagem de eletrólito pela película até o

substrato, com a formação de sais ionicamente condutores. A amostra TNL100

apresentou valores de impedância ligeiramente superiores aos da amostra TEC100.

A Tabela 44 apresenta os valores de impedância obtidas no diagrama de Nyquist

para a frequência mínima de teste em solução de 40% H2SO4.

Tabela 44 - Valores de impedância para as amostras em solução de 40% H2SO4, na frequência de 0,0099Hz.

Amostra Frequência

Hz

Z Impedância

()

Z’ (real)

Z’’ (Imaginária)

TNL300 0,01 2,894E9 1,310E10 1,341E10

TNL100 0,01 7,409E9 6,999E9 1,0186E10

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144

TEC100 0,01 3,007E9 2,791E9 4,103E9

A Tabela 44 fornece os valores de impedância para a solução de 40% H2SO4 na

frequência mínima de ensaio. Verifica-se novamente que a amostra TNL300

apresentou os maiores valores de impedância, seguida por TNL100 e TEC100

respectivamente.

Figura 75 - Diagrama de impedância Bode Modulo em solução de 40% H2SO4

Verifica-se que em solução de 40% H2SO4 nas regiões de alta frequência (1KHz

a 100 KHz) as amostras apresentaram comportamento muito similar, com impedância

da ordem de 10 k. Para as regiões de baixa frequência (0,01 Hz A 1Hz) as amostram

TNL300 e TEC100 apresentaram valores de impedância ligeiramente superiores a

amostra TNL100. Esses resultados implicam na capacidade mais resistivas das

amostras TNL300 e TEC 100, em relação a amostra TNL100, o que contradiz os

ensaios eletroquímicos de imersão total e potencial vs tempo, em que a amostra

TNL100 apresentou melhor capacidade protetiva em relação a TEC100.

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145

Figura 76 - Diagrama de impedância Bode fase em solução de 40% H2SO4

O diagrama de impedância bode fase para a solução de 40% indica que para as

regiões de alta frequência (1KHz a 100 KHz) as amostras TNL100 e TNL300 o ângulo

de fase se aproximou de 90°. Quando verificamos as regiões de baixa frequência, no

entanto, somente a amostra TNL300 se manteve constante, o que sugere a

manutenção da resistividade da película para essa solução. As amostras TNL100 e

TEC100 por sua vez teve ângulos de próximo a 40°, sendo diferente dos ângulos nas

altas frequências, o que indica a aceleração dos processos de transferência de carga

na interface entre película e eletrólito.

As Figuras 77,78 e 79 ilustram os resultados das impedâncias eletroquímicas

realizadas nas amostras TNL100, TNL300 e TEC100, em solução de 3,5% NaCl.

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146

Figura 77 - Diagrama de Nyquist revestimentos epóxi em solução 3,5% NaCl

Na Figura 77, nas soluções de 3,5% NaCl, é possível observar a ligeira tendência

na formação de um único arco capacitivo em todas as amostras. Esses resultados

indicam que desde o início da imersão ocorre a passagem de eletrólito pela película

atingindo o substrato, com a formação de óxidos na interface metal/revestimento. De

forma antagônica, Miranda (Miranda, 2008) identificou através dos ensaios de

impedância eletroquimica em solução de cloreto de sódio, que a película epóxi-Nb2O5

se manteve impermeável durante a realização dos testes.

A Tabela 45 apresenta os valores de impedância obtidas no diagrama de Nyquist

para a frequência mínima de teste em solução de 3,5% NaCl.

Tabela 45 - Valores de impedância para as amostras em solução de 3,5% NaCl, na frequência de 0,0099Hz.

Amostra Frequência Hz Impedância () Z’ (real) Z’’ (Imaginária)

TNL300 0,0099 1,580E10 1,752E10 2,359E10

TNL100 0,0099 2,232E10 1,734E10 2,827E10

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147

TEC100 0,0099 4,126E9 6,524E9 8,014E9

Pode-se verificar que as amostras TNL300 e TNL100 apresentaram valores de

impedância muito semelhantes e superiores a amostra TEC100 para essa solução.

Figura 78 – Diagrama de impedância Bode módulo em solução de 3,5% NaCl.

Nas regiões de alta frequência (1KHz a 100 KHz) as amostras TNL300 e TNL100

possuíram os maiores valores para as componentes imaginaria e real da impedância

com valores de em torno de 10K. A amostra TEC100 apresentou valor ligeiramente

inferior. Nas regiões de baixa frequência as amostras TNL300 e TNL100 novamente

apresentaram os maiores valores de impedância, indicando a maior característica

capacitiva para essas amostras nessa solução.

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148

Figura 79 - Diagrama de impedância Bode fase em solução de 3,5% NaCl.

No diagrama de bode fase, verifica-se que nas regiões de alta frequência e baixa

frequência os ângulos de todas as amostras mantiveram-se constantes e próximos de

90°, sugerindo a manutenção do poder capacitivo das películas protetoras nessa

solução.

A partir dos resultados observados nos diagramas de Nyquist e Bode, pode-se

verificar que nas soluções de H2SO4, a amostra TNL300 apresentou o melhor

comportamento protetor, possuindo a propriedade de barreira perfeita. As amostras

TNL100 e TEC100 possuíram a ligeira tendência na formação de um arco capacitivo

o que sugere a permeação do eletrólito na película. Para a solução de NaCl todas

amostras apresentaram-se permeáveis ao eletrólito, conforme indicado no início de

formação do arco capacitivo no diagrama de Nyquist.

Em uma associação direta dos resultados obtidos na espectroscopia de

impedância eletroquimica com os obtidos nos ensaios de imersão total, potencial vs

tempo e corrosão, podemos constatar a dualidade protetora das tintas epóxi-Nb2O5,

atuando como proteção por barreira e inibidora dos processos corrosivos, por meio do

pigmento de pentóxido de nióbio. Ressalta-se, porém, que a amostra TNL300

apresentou comportamento superior nos ensaios de corrosão, quando comparada

com as demais amostras. Salienta-se que os ensaios de EIE ratificam os resultados

obtidos nos demais testes de corrosão, sendo importante ferramenta na investigação

de resistência a corrosão de tintas.

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149

4.3.6 Espectroscopia de Impedância eletroquímica – Ajustes com circuitos

equivalentes

Os circuitos equivalentes propostos foram ajustados em conformidade com os

resultados de espectroscopia de impedância eletroquimica, para as soluções de

20%H2SO4, 40%H2SO4 e 3,5% NaCl. Os ajustes realizados utilizaram o elemento de

fase constante (CPE) para a dupla camada elétrica e para a interface substrato

metálico-película. A figura 80 apresenta o circuito equivalente proposto em que Re

representa a resistência da solução, CPE1 a capacitância da camada, mas externa do

filme passivo e R1 a resistência a transferência de cargas da região dos processos

entre a interface da película e o eletrólito. Os elementos CPE2 e R2 correspondem a

capacitância e a resistência da interface substrato metálico e película (VÉRGES,2005;

ROLON,2005; SILVA,2006).

Figura 80 - Circuito equivalente proposto para ajuste dos dados experimentais na EIE nas amostras TNL100, TNL300 e TEC 100 nas soluções de 20% H2SO4, 40% H2SO4 e 3,5% NaCl.

Silva (SILVA, 2006), destaca que a análise dos EIE em revestimentos deve se

limitar para aqueles que apresentam comportamentos clássicos de impedância. Os

gráficos de Nyquist apresentados anteriormente para todas as amostras se

aproximam de comportamentos clássicos de impedância, podendo assim ser

verificado pelo ajuste de circuito equivalente. Contudo, essa afirmativa seria

efetivamente confirmada com análises em tempos superiores as realizadas no

presente trabalho.

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150

A Tabela 46 apresenta os resultados da análise do circuito equivalente realizada

no software Nova 1.11 para as amostras TNL100, TNL300 e TEC em solução de 20%

H2SO4.

Tabela 46 - Resultado dos parâmetros obtidos no ajuste nos componentes do circuito mostrados na figura 80, em solução 20% H2SO4.

Re

(Ωcm2)

CPE1

(μFcm-2)

R1

(kΩcm2)

CPE2

(μFcm-2)

R2

(kcm2)

TNL100 140 381 18100 484 19560

TNL300 108 489 29700 303 48500

TEC100 131 199 10900 641 2736

Verifica-se que as análises realizadas para as condições pré-estabelecidas

ratificam os resultados obtidos nos testes de corrosão. A amostra TNL300 apresentou

CPE1 menor e R1 maior em relação as outras amostras, o que sugere que a camada

interna da película está mais resistente ao contato com o eletrólito. De forma análoga

o CPE2 foi menor e o R2 maior, ou seja, a película apresenta maior resistividade a

transferência de carga para o eletrólito. Esse resultado reforça os obtidos no diagrama

de Nyquist, indicando os maiores valores de impedância para a amostra TNL300,

conforme apresentado na Figura 71.

As amostras TNL100 e TEC100 apresentaram menores valores para R1 e R2

quando comparadas com a TNL300. Entretanto, a amostra TNL100 apresenta

desempenho superior, conforme identificado também no ensaio de imersão total,

figura 67.

Mcintyre (Mcintyre et. al., 1995), destaca que para revestimentos orgânicos

resistências abaixo de 106 Ωcm2 caracterizam películas com baixa capacidade

protetora. Nesse sentido, verifica-se que somente a amostra TEC apresentou

resultados próximos desse valor para a solução de 20%H2SO4, evidenciando assim os

resultados já apresentado nos testes anteriores.

Os resultados obtidos da análise do circuito equivalente utilizando o software

nova1.11 são apresentados na Tabela 47, para as amostras TNL100, TNL300 e TEC

em solução de 40% H2SO4.

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151

Tabela 47 - Resultado dos parâmetros obtidos no ajuste nos componentes do circuito mostrados na figura 80, em solução 40% H2SO4.

Re

(Ωcm2)

CPE1

(μFcm-2)

R1

(kΩcm2)

CPE2

(μFcm-2)

R2

(kcm2)

TNL100 95 286 10200 525 9600

TNL300 91 201 39400 400 42360

TEC100 93 288 4950 1100 2810

Novamente a amostra TNL300 apresentou a menor CPE1 e maior R1 em relação

as amostras TNL100 e TEC100. O CPE2 e R2 apresentaram também o mesmo

comportamento. Esses resultados evidenciam a resistividade da película para a

solução estudada, ratificando a alta capacidade protetiva da película TNL300, já

destacada nos demais testes eletroquímicos.

A amostra TNL100 também apresentou altos valores de R1 e R2, diferentemente

da amostra TEC100 que possui maiores valores para CPE2, justificando os resultados

apresentados no diagrama de Nyquist Figura 74, onde se verifica o início da formação

de um arco capacitivo.

A Tabela 48 apresenta os resultados da análise do circuito equivalente realizada

no software Nova 1.11 para as amostras TNL100, TNL300 e TEC em solução de 3,5%

NaCl.

Tabela 48 - Resultado dos parâmetros obtidos no ajuste nos componentes do circuito mostrados na figura 80, em solução 3,5% NaCl.

Re

(Ωcm2)

CPE1

(μFcm-2)

R1

(kΩcm2)

CPE2

(μFcm-2)

R2

(kcm2)

TNL100 94 131 21100 118 28500

TNL300 92 170 25100 168 26100

TEC100 95 489 18100 284 19560

Verifica-se que os valores de resistividade R1 e R2 na interface entre substrato-

película e película-eletrólito, respectivamente, para a solução de 3,5% NaCl, foram

elevados para todas as amostras avaliadas. Apesar do diagrama de Nyquist, figura

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152

77, identificar uma ligeira tendência na formação de um arco capacitivo, não foi

verificado altos valores de CPE2 no ajuste para o circuito equivalente realizado.

Os resultados apresentados são coerentes com os obtidos nos ensaios de

corrosão realizados em laboratório e em campo.

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153

CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES

1) Nb2O5 utilizado no trabalho apresentou excelente qualidade no que tange a pureza

química, possuindo quantidade de oxido superior a 99%. Além disso, a granulometria

reduzida, entre 74 µm e 125 µm favorece a produção de tintas.

2) As análises térmicas no pentóxido de nióbio identificaram a possibilidade de

alterações nas características do oxido, no que se refere a perda de massa,

cristalização e solidificação. Não obstante, na produção de tintas e aplicações a qual

a película se destina, temperaturas inferiores a 100°C, não teremos nenhuma

interferência nas características do pigmento.

3) A amostra TNL100, apresentou o maior valor de micro dureza entre as amostras

avaliadas. Verificou-se a redução da dureza com o aumento da espessura. Essa

redução é um indício do enfraquecimento das ligações químicas entre os pigmentos

e matriz polimérica como consequência do distanciamento do substrato metálico.

Quando comparada com o revestimento TEC100, de espessura igual, pode-se inferir

que a melhor resposta mecânica da amostra TNL100 está ligada diretamente as

características das ligações químicas da película.

4) A amostra TEC100(tinta epóxi convencional) apresentou a maior resistência a

tração Pull off. Esses resultados nos indicam a melhor aderência em relação do

substrato metálico, provavelmente devido a maior resistência a tração proporcionada

pelas ligações entre os pigmentos e a matriz polimérica da tinta epóxi convencional.

5) As amostras TNL100 e TNL300 permaneceram aderente ao substrato metálico

durante a realização do teste Pull off, apresentando falas do tipo Y/Z, entre o adesivo

e carretel. Já amostra TEC100 apesar de melhores resultados, apresentou falha do

tipo –Y, entre a última camada e o adesivo, ou seja, o adesivo descolou da tinta e

manteve-se aderente ao carretel. Esse tipo de falha pode representar a dificuldade

para a adesão de uma camada subsequente de tinta na amostra TEC100.

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154

6) A planta da digestão de nióbio (AMG Brasil) apresentou o maior nível de

agressividade corrosiva. Esse resultado está intimamente relacionado com a maior

quantidade e concentração de reagentes químicos utilizado no processo dessa planta.

7) Após dezoito meses de exposição nos quatro ambientes da AMG Brasil, a tinta

epóxi-Nb2O5 não sofreu nenhum ataque corrosivo, ou seja, o revestimento possui uma

boa capacidade de proteção anticorrosiva. Os bons resultados apresentados pelo

revestimento epóxi-Nb2O5 é consequência das propriedades anticorrosivas do

pigmento de pentóxido de nióbio, inerte quimicamente na maioria dos meios.

8) A utilização da tinta epóxi-N2O5 na planta química da AMG Brasil pode promover

uma economia direta de até 11% nos gastos com a proteção anticorrosiva. Os

benefícios ainda podem ser maiores se forem quantificados os gastos indiretos com a

manutenção corretiva de estruturas e equipamentos.

9) Todos os revestimentos avaliados apresentaram bom comportamento após 2500

horas no teste de Salt spray, não sendo identificado nenhum tipo de falha. No entanto,

nas amostras com a incisão em sua superfície houve corrosão acentuada, não se

propagando, porém, para o restante das películas.

10) Nos testes na câmara úmida, verificou-se que as amostras com espessura de 100

µm de ambos os revestimentos TNL e TEC não apresentaram boa resistência em

ambientes de alta umidade, apresentando a formação de várias bolhas na superfície

da película. O revestimento TNL300 manteve a sua integridade, não sendo afetado

pela ação do ambiente.

11) Nos testes de imersão total, verifica-se que em solução de 20% e 40% H2SO4 as

amostras TNL apresentaram excelente comportamento não sendo verificado

nenhuma alteração nas películas. Entretanto, as amostras TEC não mostraram bons

resultados, sendo verificado falhas prematuras nas películas. Na solução de 3,5%

NaCl, todas as amostras mostraram boa resistência no teste de imersão total.

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155

12) Pode-se observar que o potencial ao longo do tempo, em todas as soluções

avaliadas, apresentou a tendência catódica do potencial, ou seja, ocorreu uma queda

no potencial com o passar do tempo até a sua estabilização. O potencial de

estabilização grande proximidade com o Ecorr do aço para a respectiva solução. Os

resultados indicam que para as amostras TNL100 e TEC100 a penetração do eletrólito

no revestimento, atingindo o substrato metálico, ocorreu de forma instantânea. Para a

amostra TNL300, inicialmente ele atua como barreira impermeável, impedindo

completamente o contato entre eletrólito e substrato metálico. Com o passar do tempo,

em imersão, a solução permeia a película protetora até atingir o metal. Em todas as

soluções estudadas, é possível verificar que a película de 300 m apresenta o efeito

de proteção por barreira superior as amostras com 100 m. Observa-se também que

a espessura e qualidade do revestimento influenciam também no tempo de

estabilização do potencial.

13) Os ensaios de EIE realizados indicaram a dualidade protetora dos revestimentos,

atuando como proteção por barreira e inibidor do processo corrosivo, por meio dos

respectivos pigmentos. Ressalta-se, porém, que as amostras pigmentadas com nióbio

apresentaram desempenhos superiores, expressos nos gráficos de Nyquist, Bode e

ajuste de circuito equivalente.

14) Verifica-se que os resultados obtidos nos ensaios de EIE ratificam os obtidos nos

demais testes eletroquímicos realizados. A película TNL300 obteve o melhor

comportamento protetor dentre as amostras em todas soluções. A amostra TNL100

por sua vez teve desempenho superior a TEC100, evidenciando assim a maior

capacidade protetora dos revestimentos de nióbio quando comparadas com tintas

epóxi convencionais.

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156

CAPÍTULO 6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT, NBR 8397: Grandezas e unidades aplicadas à corrosão não uniforme na

ausência de tensões mecânicas - Padronização. Rio de Janeiro, 1984.

ABNT, NBR 14643: Corrosão atmosférica - Classificação da corrosividade de

atmosferas. Rio de Janeiro, 2001.

ABNT,NBR 6209: Corrosão atmosférica - Materiais metálicos - ensaios acelerados.

Rio de Janeiro, 2007.

ABNT, ABNT NBR 6921 - Corrosão atmosférica - Taxa de sulfatação - Determinação

pelo método da vela de dióxido de chumbo.Rio de Janeiro, 2002.

ABNT, ABNT NBR6211 - Corrosão atmosférica - Determinação de cloretos na

atmosfera pelo método de vela úmida.Rio de Janeiro,2001.

ABNT,NBR 10443: Tintas e vernizes - Determinação da espessura da película seca

sobre superfícies rugosas - Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2008.

ABNT,NBR 15156-04: Pintura industrial - Terminologia. Rio de Janeiro , 2004.

ARAÚJO, A. Estudo comparativo do desempenho antocorrosivo de tintas epóxi com

pigmentos a base de molibdatos e fosfatos. Tese de mestrado . Fortaleza:

UFCE, 2005.

ARAÚJO,L. Avaliação da corrosão induzida microbiologicamente em aço carbono AISI

1020 revestido com tinta pigmentada com óxido de nióbio. Tese de mestrado.

Rio de Janeiro : UFRJ, 2011

ASTM, ASTM D 4145 - Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using

Portable Adhesion Testers. West Conshohocken, United States, 2009.

ASTM, ASTM 714-09 - Standard Test Method for Evaluating Degree of Blistering of

Paints. West Conshohocken, United States, 2009.

ASTM, ASTM 772-11. Standard Test Method for Evaluating Degree of Flaking

(Scaling) of Exterior Paints. West Conshohocken, United States,2011.

ASTM, ASTM B117. Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus.

West Conshohocken, United States,2011.

ASTM, ASTM D1308. Standard Test Method for Effect of Household Chemicals on

Clear and Pigmented Organic Finishes. West Conshohocken, United

States,2013.

Page 158: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

157

ASTM, ASTM D2247.Standard Practice for Testing Water Resistance of Coatings in

100 % Relative Humidity. West Conshohocken, United States, 2015.

ASTM, ASTM D610-08. Standard Practice for Evaluating Degree of Rusting on Painted

Steel Surfaces. West Conshohocken, United States, 2012.

ASTM, ASTM D661-11. Standard Test Method for Evaluating Degree of Cracking of

Exterior Paints. West Conshohocken, United States, 2011.

ÁVILA,C . Controle de corrosão em equipamentos da indústria, uma proposta de

integração entre a Academia e a Indústria. INTERCORR, p.1-9, 2012.

AZEVEDO, L. SÍNTESE DO NIOBATO DE SÓDIO A PARTIR DO ÓXIDO DE NIÓBIO

E DO NIÓBIO METÁLICO. Tese de Mestrado . Rio de Janeiro : IME, 2010.

BAJAT, J; MISKOVI,V; STANKOVI, C; POPIC,J. Adhesion characteristics and

corrosion stability of epoxy coatings electrodeposited on phosphated hot-dip

galvanized steel. Progress in organic coatings, 201-208, 2008. .

BASTOS, A. Comportamento anticorrosivo de tintas de base aquosa aplicadas em

substratos ferrosos: Estudo por espectroscopia de impedância eletroquímica .

Porto, 1999.

BATISTA, M. Síntese de poliésteres e caracterização de revestimentos

poliéster/melanina após degradação em intemperismo acelerado . Tese de

mestrado . Lorena: FEW, 2004.

BAUKH, A; HENDRIK, P; OLAF,C; LEENDERT,G. Natural versus accelerated

weathering: Understanding water kinetics in bilayer coatings. Progress in

organic coatings, 1197-1202,2013.

BEAUNIER, L., EPELBOIN, I., LESTRADE, J. Etude electrochimique, et par

microscopie electronique a balayage, du fer recouvert de peinture. Surface

Technology, p. 237-254,1976.

BEHZADNASAB, M; MIRABEDINI, S; KABIRI, K. Corrosion performance of epoxy

coatings containing silane treated ZrO2 nanoparticles on mild steel in 3,5% NaCl

solution. Corrosion Science , p. 89-98, 2011

BODSTEIN, H. Estudo de Sistemas de Pintura para Alta Temperatura à Base de

Resinas Pigmentadas com Nb2O5. Rio de Janeiro: UFRJ,2006.

BRAUER, G. Die oxides niobs. Journal of innorganic and general chemical,1941.

BRUBAKER, S. . Corrosion: Environments and Industries. New York : ASM Handbook,

2006.

Page 159: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

158

BRUNNER, S; RICHNER,P; MULLER, U; GUSEVA,O. Accelerated weathering device

for service life prediction for organic coatings. Polymer testing, p.25-31, 2005.

CARVALHO, L Estudo do comportamento de revestimentos à base de Nióbio

aplicados por aspersão térmica, na corrosão de aços ao carbono em presença

de ácidos nafténicos e sulfetos em altas temperaturas. Tese de mestrado.Rio

de Janeiro: UFRJ, 2004.

CHICOT, D; LESAGE,J. Absolute hardness of films and coatings. Thin solid films,

p.123-130, 1995.

CONDE, E. Avaliação de revestimentos de pentóxido de nióbio aplicados por

aspersão térmica. Tese de mestrado. Rio de Janeiro. UFRJ,2014.

D’ ALKAINE, C; SOUZA,L; NART, M. The anodic behavior of niobium. The corrosion

Science, p.104-109,1993

DEAN, S; GRAB, G.Corrosion of carbon steel by concentrated sulfuric acid. Materials

and performance, p. 1-5 ,1985.

ECOPROTEC. Niobização: http://www.ecoprotec.com.br/ . acesso em 23 jul. 2014.

Eurofluor. Hydrofluoridric acid. Eurofluor.org: www.eurofluor.org . acesso 23 abr.

2014).

FERNANDES,R. Sumário Mineral 2014.

http://www.dnpm.gov.br/dnpm/sumarios/niobio-sumario-mineral-2014. acesso

em 05 out. 2014.

FERREIRA, M; QUINTELA, J; CAMARGO, S; LACHTERMACHER,M. Propriedades

Mecânicas de Epóxis Utilizadas no recobrimento interno de olodutos e

gasodutos. Polímeros: Ciência e tecnologia, p.180-187,2002.

FORSGREEN, A. Corrosion: Control through organic coatings. New York: Taylor e

Francis,2006.

FREVEL, L; RINN, H. Powder diffraction standards for niobium pentoxide and tantalum

pentoxide. Analytical Chemistry, p.1329–1330, 1955.

FURTADO, P. Pintura anticorrosiva de metais. Rio de Janeiro: LTC, 2010.

GENERAL. Sulphuric acid on the web. Fonte: http://www.sulphuric-

acid.com/sulphuric-acid-on-the-

web/acid%20plants/General%20Chemical%20-%20Richmond.htm acesso em

06 jul. 2015.

GENTIL, V. CORROSÃO. Rio de Janeiro: LTC,2008.

Page 160: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

159

GRAHAN, R; SUTHERLIN, R. Niobium anda niobium alloys in corrosive applications.

Albany: Wah Chang,2001.

HAMAD, A, Surface morphology and chemistry of epoxy-based coatings after

exposure to ultraviolet radiation. Progress in organic coatings , p.677-681,2013.

HELENE, P. Corrosão em armaduras para concreto. São Paulo: PINI, 1986.

IOST, A; NAJJAR, D. Modelling of the Vickers hardness of paint coatings deposited

on metallic substrates. Surface and coatings technology, p.126-132,2003.

ISO, ISO8501-1 - Protecção anticorrosiva de estruturas de aço por pintura. Geneva,

Switzerland,2007.

ISO, ISO 4628-05.Avaliação da degradação de revestimentos. Genebra , Suíça,2005.

JAMALI, S; MILLS, D. Steel surface preparation prior to painting and its impact on.

Progress in organic coatings, p.-8,2014.

JONSSON, B; HOGMARK, S. Hardness measurements of thin films. Thin solid films -

Metallurgical and protective coatings, p;257-269,1984.

JUNIOR, O. Viabilidade dos revestimentos anticorrosivos com Nb2O5/ Cu, Nb2O5/ Ni

e Nb2O5/ Al aplicados por aspersão térmica para estruturas enterradas de

Linhas de Transmissão. Tese de Doutorado. Curitiba: UFPR,2011.

KAHRIZSANGI, A. G. (2015). Corrosion behavior of modified nano carbon black/epoxy

coating in accelerated conditions. Applied surface science, 115-126.

KING, M. j., DAVENPORT, W. G., & MOATS, M. S. (2013). Sulfuric acid manufacture

- Analysis, Control and Optimization. New York : Elsevier .

KORSUNSKY , A; MCGURK, M; BULL, S; PAGE, T. On the hardness of coated

systems. Surface on coatings technology, p.171-183,1998.

KOTNAROWSKA, D. Influence of ultraviolet radiation and aggressive media on epoxy

coating degradation. Progress in organic coatings , p.149-159,1999.

AGGARWAL,P . Anticorrosive properties of the epoxy–cardanol resin based paints.

Elsevier, p.76-80,2007.

LOPES,I. Estudo de catalisadores Pt-In/Nb2O5 na conversão de hidrocarbonetos .

Tese de mestrado. Niterói: UFF,2003.

LYAKISHEV, N. Niobium in steels and alloys: Metallurgical aspects of niobium from

mineral deposits to alloy production and applications. São Paulo : CBMM,1984.

Page 161: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

160

MALINOWSKI, S, Pintura em ambientes imersos de usinas hidrelétricas utilizando

tintas livres de alcatrão de hulha. Tese de Mestrado. Curitiba , Brasil: IEP,2013.

MALSHE, V.,WAGHO, G. Weathering study of epoxy paints. Progress in organic

coatings , p. 267-272,2004.

MARIANO, C. . Obtenção de revestimentos de nióbio depositados por aspersão

térmica para proteção à corrosão marinha. Tese de doutorado. UFPR

CURITIBA,2008.

MCINTYRE, J. Electrochemical impedance spectroscopy: a tool for organic coating

optimizations. Progress in organic coatings, p.201-207, 1995.

MELO, L. Preparação e caracterização de filmes finos sol-gel de Nb2O5 dopados com

Li+ visando possível aplicação em arquitetura. Tese de Mestrado. São Carlos :

USP,2001.

MERÇON, F; CANESSO, P;MAINIER,F. Corrosão: Um exemplo usual de fenômeno

químico. Química nova escola, p.11-14,2004.

MIRANDA, L; CARVALHO,L; PEREIRA,A. United States Patente Nº US

2004/0132885 A1,2004.

MIRANDA, L; MONTEIRO, D. Estudo de um sistema de pintura à base de resina

epoxídica e pentóxido de nióbio. 8ª Coteq - Conferência técnica de

equipamentos. Rio de Janeiro,2004.

MIRANDA, L; CARVALHO, L; PEREIRA, A. European Patente Nº EP 1 409 595

B1,2009.

MONTEMOR, M, Functional and smart coatings for corrosion protection: A review of

recent advances. Surface & Coatings technology, p.1-20 , 2004.

MOTTA, F, Propriedades de revestimentos de nióbio obtiidos por aspersão térmica a

plasma sobre o aço API XL65. Porto Alegre: UFRGS, 2011.

MUJAWAR, S; INAMDAR, A; PATIL, S. Electrochromic properties of spray-deposited

niobium oxide thin films. Solid State Ionics , 3333-3338, 2006.

NEVILLE, A. Propriedades do Concreto. São Paulo : PINI,1997.

NIOBIUM SCIENCE & TECHNOLOGY, Niobium and Niobium Alloys in Corrosive

Applications. . Niobium Science & Technology Proceedings of the Internacional

Symposium (pp. 337-354). Flórida: TMS,2001.

Page 162: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

161

NOWAK, I. Textural and structural properties of niobium-containingmicro-, meso- and

macroporous molecular sieves. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng.

Aspects, p. 103 - 111,2004.

NUNES, L; LOBO,A. Pintura industrial na proteção anticorrosiva. Rio de Janeiro :

Interciência,2012

OLIVEIRA, A. Desenvolvimento e estudos de tintas epóxis anticorrosivas

ecologicamente corretas. Fortaleza: UFCE,2004.

PANOSSIAN, Z; ALMEIDA, N; SOUZA, R; MARQUES, L; PIMENTA, G.Corrosion of

carbon steel pipes and tanks by concentrated sulfuric acid: A review. Corrosion

Science, p.1-11, 2012

PARDAL, J; TAVARES, S; PONZIO, E; SCHMITT, V. Uma revisão da resistência a

corrosão em aços inoxidáveis duplex e superduplex . Revista virtual de

Química, v.19 p.1-12, 2013

PERERA, D. On adhesion and stress in organic coatings. Progress in organic coatings,

v.4, 1996.

PETROBRAS. N2628 - Tinta Epóxi Poliamida de Alta Espessura. Rio de Janeiro:

CONTEC, 2011.

PICCINI, F. Propriedades de revestimentos de nióbio obtidos por aspersão térmica a

plasma sobre aço api 5l x65. Tese de doutorado . Porto Alegre: UFRGS, 2011.

POURBAIX, M.Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions. Houston:

NACE,1974.

PUBCHEM. pubbchem compound database:

https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/313. acesso em 26 dez. 2015

QUELHAS, K. Estudo da corrosão do nióbio em meio metanólico. Tese de doutorado

. Rio de Janeiro: UFRJ,2007.

RAMÍREZ, G; RODIL, S; MUHL, S.; TURCIO-ORTEGA, D. Amorphous niobium oxide

thin films. Journal of Non-Crystalline Solids, 2714–2721,2010.

ROBERGE, P. Handbook of corrosion Engineering. New York : McGrawn Hill,1999

ROLON, R. Avaliação da Resistência a Corrosão de Revestimentos Através de

Técnicas Eletroquímicas. Tese de Doutorado. Santa Catarina: UFSC,2005.

ROSSI, S; DEFLORIAN, F. Organic coatings degradation: Comparison between

natural and artificial weathering. Corrosion Science, p. 2360–2366,2008.

Page 163: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

162

SANCHOTENE, R; ALEMAN, C., FERREIRA, C; ARMELIN, E. Smart Paint for anodic

protection of steel. Progress in organic coatings , p.116-123,2015

SANTOS, S. Formulação e ensaios de tintas com base na tecnologia de ferrugem

protetora para emprego em ambiente antártico. Tese de mestrado. Rio de

Janeiro: UFRJ,2005.

SATO, K. The internal stress of coating films. Progress in organic coatings , p.143-160

,1980.

SCHAFER, H; GRUEHN, R; SCHULTE, F; ANGEW. The modfications of niobium

pentoxides. Chem. Int. , p.1-40,1966

SCHWALM, R; HAUßLING, L; REICH, W. Tuning the mechanical properties of UV

coatings towards hard and flexible systems. Progress in organic coatings,

p.191-196 , 2007.

SELVARAJ, M; SATHIANARAYANAN, S. Corrosion protective performance studies of

coating systems in soda ash. Progress in Organic Coatings, p.206-212,2009.

SHIN, A; SHON, M. Effects of coating thickness and surface treatment on the corrosion

protection of diglycidyl ether bisphenol-A based epoxy coated carbon steel.

Journal of industrial and Engineering Chemistry, p.884-890,2010.

SILVA, C. Balanço Mineral Brasileiro 2001. Fonte:

http://www.dnpm.gov.br/dnpm/paginas/balanco-mineral/balanco-mineral-

brasileiro-2001 acesso em 17 out. 2014

SILVA, M. Correlação entre impedância eletroquímica e propriedadess de

revestimentos orgânicos . Tese de mestrado. Rio de Janeiro: UFRJ,2006.

SILVA, S. Pintura industrial e manutenção anticorrosiva. Guaramirim: WEG,2009

SKALE, S; DOLECEK, V; SLEMMIK, M. Electrochemical impedance studies of

corrosion protected surfaces covered by epoxy polyamide coating system.

Progress in organic coatings, p.387-392, 2008.

SORENSE, P; KILL, S., & JOHANSEN, D. Anticorrosive coatings : A review. Journal

of Coatings Technology and Research, 2, p.135-176, 2009.

WASKIEWICZ, K. Organic coatings based on new Schiff base epoxy resins. Elsevier,

p.1040-1045,2013.

TAVARES, R.. Caracterização do Nb2O5 como alternativa na proteção anticorrosiva

na indústria do petróleo . Tese de mestrado. Porto Alegre: UFRGS,2009.

Page 164: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

163

TRAVALLONI, A. Dépôt Electrolytique de Niobium a partir de Fluorures Fondus. Tese

de doutorado. Paris : Universite de Paris VI (Piere at Marie Curie),1978.

USIQUÍMICA. Ácido Sulfúrico 98% : fispq.

http://www.usiquimica.com.br/produtos.phpMarço de 2014). acesso em 13 mar.

2014.

MALSHE, G. Weathering study of epoxy paints. Elsevier, p.267-272,2004.

VAKILI, H; RAMEZANZADEH,R; AMINI, R. The corrosion performance and adhesion

properties of the epoxy coating applied on the steel substrates treated by

cerium-based conversion coating. Corrosion science , p.466-475,2004.

VERGES, G. Tese de mestrado: Estudo do desempenho de sistemas de pintura para

materiais das redes de distribuição de energia elétrica situadas em regiões

litorâneas. Curitiba: UFPR,2005.

WOLYNEC, S. Técnicas eletroquímicas em corrosão. São Paulo : USP,2003

YANG, H; YAO, Z;LUO, X; CHEN, Y. Effect of Nb addition on structure and mechanical

properties of FeAl coating. Surface & Coatings Technology, p.221-226,2015.

ZOSEL, A. Mechanical behaviour of coating films. Progress in organic coatings , p.47-

79, 1980.

Page 165: Fernando Tomaz de Abreu - UFSJ · Fernando Tomaz de Abreu Estudo das propriedades da tinta epóxi Nb 2 O 5 aplicada na indústria química Dissertação apresentada ao curso de

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CAPÍTULO 7 - TRABALHOS FUTUROS

Os revestimentos de Nb2O5 possuem ampla gama de aplicabilidades no que

tange a proteção anticorrosiva de superfícies metálicas. Nesse sentido a proposta

para novos trabalhos envolve:

Caracterização analítica das atmosferas corrosivas estudadas nos testes de

intemperismo do presente trabalho;

Continuação dos testes de intemperismo nas atmosferas corrosivas avaliadas;

Comparação de tintas epóxi-Nb2O5 e convencionais nos ensaios de luz

ultravioleta;

Estudo de corrosão nos revestimentos Nb2O5 aplicado por aspersão térmica em

ambientes em ambientes de alta agressividade da indústria química;

Realização de ensaios eletroquímicos nos revestimentos Nb2O5 aplicados por

aspersão térmica.