prevenção da corrosão - geceagecea.ist.utl.pt/ensino/ips/prevencaoips.pdf · com formação de...

Corrosão e Protecção

Prevenção da Corrosão

Docente: João Salvador FernandesInstituto Superior Técnico

Lab. de Tecnologia Electroquímica

2João Salvador – IST 2005

Prevenção da Corrosão

Selecção de Materiais

Design de Materiais

Modificação do Meio Corrosivo

Modificação do Potencial do Sistema

Protecção por Revestimentos




Metais e Ligas

Uso de bases de dados para obter a combinação adequada metal/meio

Materiais não-metálicos

borrachas (naturais ou sintéticas)plásticoscerâmicoscarbono e grafite madeira


Design de Materiais

Design (projecto) de Materiais

evitar acumulação de líquidos

evitar formação de interstícios

evitar a formação de pares galvânicos

evitar tensões mecânicas elevadas

evitar tubagens com curvas apertadas(corrosão-erosão)

prever a necessidade de manutenção (pintura, limpeza) /reparação / substituição

sobredimensionar as espessuras, para compensar a redução futura, devida à corrosão


Design de Materiais




diminuição da temperatura (excepções)

diminuição da velocidade dos fluidos corrosivos (excepções)

alteração da concentração dos agentes corrosivos

remoção do oxigénio ou oxidantes

uso de inibidores de corrosão


Modificação do Potencial do Sistema

IMUNIDADE

PASSIVAÇÃO

CORROSÃO

b

a

Protecção Catódica


Protecção Catódica - Fundamentos

Exemplo: ferro e zinco isolados (em solução de HCl)

Dissolução do zinco

Zn FeDissolução

do ferro

Libertação de hidrogénio



Protecção Catódica - Fundamentos

Exemplo: ferro e zinco em contacto (em solução de HCl)

Dissolução do zinco


FeZn

H+Zn2+

e-

Ânodo Cátodo


Protecção Catódica - Factos

Sir Humphry Davy (1824)Primeiros estudos, na Royal Society (Fe e Cu)

Aplicação ao primeiro navio (HMS Samarang)

Estados UnidosInicia-se no século XIX a construção de pipelines

1920-1930 ⇒ começam a surgir falhas por corrosão

Anos 30 ⇒ inicia-se a protecção (revestimentos e protecção catódica)

1936 ⇒ surge a Mid-Continent Cathodic Protection Association ⇒ NACE

Hoje ⇒ obrigatório o uso de CP em tanques e pipelines enterrados

Bahrain1º sistema de protecção catódica em 1939

Portugal ????????????


Protecção Catódica - Tipos

Correntes Impostas

Ânodos Sacrificados

Protecção Catódica - Tipos


Protecção Catódica – Correntes Impostas

Correntes Impostas

Ânodo usualmente inerte (Pt, Pb, C, Ni, Ti, Ti/Pt)



RectificadorRectificador


Protecção Catódica – Sacrificial

Ânodos Sacrificiais

Ânodo de metal menos nobre: Mg, Zn, Al protegem o aço

Ânodo de Magnésio


Protecção Catódica – Sacrificial

Ânodos Sacrificiais (cont.)

Protecção catódica por ânodos sacrificiais de um termoacumulador de uso doméstico


Protecção Catódica - Instalação

montagem darede de Ti

Instalação dos cabos de ligação

Adequado a estruturas de

grandesdimensões


Protecção Conjugada

Protecção Conjugada


Protecção Catódica

BibliografiaPeabody, A.W., “Control of Pipeline Corrosion”, NACE (1967)

Morgan, J., “Cathodic Protection”, 2nd Ed., NACE (1993)

“Corrosion”, 2nd Volume, Shreir, L.L., Jarman, R.A., Burstein, G.T., Edts, 3rd Ed., Butterworth Heinemann (1993)


Revestimentos

Revestimentos

Camada superficial com propriedades diferentes das do metal-base

Classificação:

Orgânicos

Inorgânicos, metálicos


Revestimentos Orgânicos


Consistem numa barreira, constituída por resinas orgânicas (e outros aditivos) entre o material a proteger e o meio

Têm a propriedade de formar um filme (película sólida)contínuo e aderente ao substrato.

O processo mais comum de formação de películas orgânicas consiste na transformação de monómeros ou de polímeros lineares em polímeros tridimensionais



Tinta:

Produto pigmentado, normalmente aplicado na forma líquida sobre uma superfície

Ao secar, forma uma película sólida e insolúvel em água, aderente e opaca, com características protectoras ou apenas decorativas

Verniz:

Semelhante à tinta, mas normalmente sem pigmento, pelo que a sua principal característica é a transparência, formando películas mais ou menos duras e brilhantes



Protecção por Pintura:

Protecção activa:

efeito inibidor

protecção catódica

etc...

Protecção Passiva:

efeito barreira


Revestimentos Metálicos

Revestimentos Metálicos - Classificação:Quanto ao método de aplicação

Quanto ao seu efeito protectorapenas efeito barreira (revestimentos mais nobres que o metal)

efeito barreira associado a protecção catódica (revestimentos menos nobres que o metal)

técnicas de vácuo (deposição de vapor, implantação iónica,...)

via química

difusão

imersão

folheação

projecção

electrodeposição



Electrodeposição:Revestimento muito fino e livre de poros

Utiliza uma célula electrolíticasolução contendo os iões do metal a depositar

ânodos inertes ou do metal a depositar

Variáveis:Temperatura, densidade de corrente, tempo, composição da solução, etc

Exemplos:Revestimentos de ouro, prata, cobre, estanho, cádmio (!!!), zinco, ...

Niquelagem dos aços

Aços cromados:cobreagem (aderência)

niquelagem (protecção)

cromagem (protecção + efeito decorativo)



Projecção (metalização):Utiliza uma pistola com 3 zonas:

Materiais usados

zinco, alumínio, ligas zinco-alumínio

Revestimentos porosos

podem ser posteriormente pintados

Preparação de superfícies

Aplicação in-situ (pontes e outras super-estruturas...)

alimentação de combustível (acetileno) e ar comprimido

fusão do metal (fio ou pó)

projecção



Folheação (cladding):Aplicação de uma folha fina de material a proteger

Permite combinar as propriedades estruturais do material-base com a resistência à corrosão do material de revestimento

Produzido por laminagem (rolling) simultâneo do material a proteger e da(s) película(s) protectora(s)

Utiliza-se frequentemente a laminagem a quente

Exemplo:

ligas de alumínio (duralumínios) ⇒ ALCLAD



Imersão (hot dipping):é o mais antigo método de revestimento e um dos mais usados

o seu exemplo mais comum é a galvanização:

imersão de aço em banho de Zn fundido (445-460°C)

difusão superficial no material a proteger, com formação de várias camadas de liga bimetálica Fe-Zn e uma camada exterior de zinco

revestimentos espessos (não se conseguem revestimentos finos) e não uniformes (75-100µm)

não há limitações de geometria

pode ser pintado (após fosfatação ou depois de um período de “envelhecimento” do galvanizado)



Difusão:envolve um tratamento térmico que leva à difusão de um metal (normalmente em pó) no outro (metal-base)

o processo mais conhecido é o da “Sherardização”:

difusão de zinco em pó sobre peças de aço ou ferro

utilizado em peças de pequenas dimensões (porcas, parafusos)

utiliza um tambor rotativo

temperaturas de 350-400°C

revestimentos semelhantes aos obtidos por galvanização



Via química (deposição electroless):

322

3

-2rcatalizado22

rcatalizado2

rcatalizado23222

NiHPONiHPO (4)

POHOHHPOH(3)

2HNiH2Ni(2)

H2HPOHOHPOH(1)

→+

++→+

+→+

++→+

+−

−

++

−+−

hipofosfito ortofosfito

η ≈ 38%

difere da electrolítica por não necessitar de corrente eléctrica

metais depositados: Ni, Co, Cu, Pd, Au, ...

deposição de níquel (niquelagem química):


Técnicas de (alto) vácuo:

⇒ materiais de pequenas dimensões

⇒ os produtores de equipamento afirmam estar em condições de produzir equipamento para uso em linhas de produção

preço elevado ⇒ utilizam-se para “peças críticas” (indústria da defesa, implantes metálicos)

câmara de vácuo


deposição de vapor:vapor do metal produzido por aquecimento/vaporização ou sputteringdeposição por efeito de um campo eléctrico aplicado

implantação iónicaiões provenientes de um acelerador de partículas chocam com o metal, penetrando nas suas camadas superficiais

a zona afectada pelo processo apresenta composição e propriedades distintas do resto do material


Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos)

Tratamentos de Conversão:Formação de películas sobre superfícies metálicas, por reacção das suas camadas externas com aniões adequados.

Processos mais comuns:Cromatação ⇒ óxidos e hidróxidos de crómio, cromatos

Fosfatação ⇒ fosfatos

Objectivos:aumentar a resistência à corrosão do metal ou revestimento metálico

aumentar a aderência de tintas ou outros revestimentos orgânicos

efeitos decorativos



Anodização (do alumínio):O alumínio, quando exposto ao ar, forma espontaneamente uma película de óxidos (10-15 nm)

Através da polarização anódica do alumínio, pode promover-se a formação de películas mais espessas de óxido de alumínio

Podem obter-se óxidos espessos (dezenas de µm)

Electrólitos mais comuns:Ácido sulfúrico (15%-20%)

não utilizável em objectos com cavidades ou sujeitos a fadiga mecânica

Ácido Crómico (5%)não apresenta os problemas da anodização sulfúrica

reagentes tóxicos e cancerígenos

Ácido oxálico (3%) ⇐ Alumite (Japão)



Anodização (do alumínio):

Ân

odo

Cát

odo

I

ElectrólitoAlumínio

Camada de

alumina



Anodização (do alumínio):

Secção transversal(200 000 X)

100 nm

Filme de óxido destacado(100 000 X)

200 nm



Anodização (do alumínio):coloração:

após a anodização, a camada porosa é adequada a receber coloração

usam-se geralmente corantes orgânicos

pode também obter-se coloração durante o processo de anodização

colmatagem:tem como função fechar os poros do anodizado

acima dos 80°C, a alumina monohidratada (Al2O3.H2O) dáorigem à bohmite (Al2O3.3H2O) ⇒ o aumento de volume daíresultante leva à colmatagem dos poros

a colmatagem pode efectuar-se por imersão em água fervente, usando vapor ou ainda em soluções ferventes com inibidores.

prevenção da corrosão - geceagecea.ist.utl.pt/ensino/ips/prevencaoips.pdf · com formação de...

Documents