seminário de corrosão

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UNIVERSIDADE POSITIVO ENGENHARIA MECÂNICA QUÍMICA TECNOLÓGICA TRABALHO DE QUÍMICA TECNOLÓGICA CORROSÃO CURITIBA NOVEMBRO – 2011

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Page 1: Seminário de Corrosão

UNIVERSIDADE POSITIVO

ENGENHARIA MECÂNICA

QUÍMICA TECNOLÓGICA

TRABALHO DE QUÍMICA TECNOLÓGICA

CORROSÃO

CURITIBA

NOVEMBRO – 2011

Page 2: Seminário de Corrosão

EDUARDO CROVADOR

FERNANDO PRADO ROCHA DE OLIVEIRA

LEANDRO PRADO ROCHA DE OLIVEIRA

MARIO SHIMOMURA

LUIS MIGUEL SOARES DOS REIS

TRABALHO DE QUÍMICA TECNOLÓGICA

CORROSÃO

Trabalho apresentado como requisito parcial

para aprovação em Química Tecnológica

Professor : Fernando Carvalho Neto Mr.Sc.

CURITIBA

NOVEMBRO - 2011

Page 3: Seminário de Corrosão

SUMÁRIO

1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA 5 1.1 Potenciais Eletroquímicos 5 1.2 Pilhas de Corrosão 9

1.2.1 Principais tipos de pilha 9 1.3 Meios corrosivos 10 1.4 Velocidade de Corrosão 11

1.4.1 Influência de Outros Fatores na Velocidade de Corrosão 11 2 Custos Associados à Corrosão 13 3 Tipos de Corrosão 15

3.1.1 Corrosão uniforme 15

3.1.2 Corrosão por pites 15

3.1.3 Corrosão por concentração diferencial 16

3.1.4 Corrosão em frestas 17

3.1.5 Corrosão filiforme 17

3.1.6 Corrosão galvânica 17

3.1.7 Corrosão sob tensão 18

3.1.8 Corrosão seletiva 18

3.1.9 Corrosão grafítica 18

3.1.10 Corrosão por dezincificação 19

3.1.11 Corrosão associada ao escoamento de fluidos 20

3.1.12 Corrosão por turbulência ou impingimento 22 4 PROTEÇÃO À CORROSÃO 23

4.1 Aços Resistentes à Corrosão 23 4.1.1 Características 23

4.2 Galvanização 24 4.3 Pintura 26

5 ESTUDO DE CASO – “AZINHAVRE” 28 5.1 Estudo de caso: geração de azinhavre em contatos de cobre e latão aplicados na indústria eletro-eletrônica, (especificamente em duchas elétricas convencionais e duchas eletrônicas). 29

CONCLUSÃO 31 REFERÊNCIAS 32

Page 4: Seminário de Corrosão

INTRODUÇÃO

Num assunto muito difundido e aceito universalmente, pode-se definir corrosão

como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou

eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. A deterioração

causada pela interação físico-química entre o material e o seu meio operacional

representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como

desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado

para o uso.

Sendo a corrosão, em geral, um processo espontâneo, está constantemente

transformando os materiais metálicos de modo que a durabilidade e desempenho

dos mesmos deixam de satisfazer os fins a que se destinam. Portanto, esse

fenômeno assume importância fundamental na vida moderna, visto que não

podemos prescindir dos metais e suas ligas.

Os problemas de corrosão são freqüentes e ocorrem nas mais variadas atividades,

como por exemplo, nas indústrias química, petrolífera, petroquímica, naval, de

construção civil, automobilística, nos meios de transporte aéreo, ferroviário,

metroviário, marítimo, rodoviário e nos meios de comunicação, como os sistemas de

telecomunicações, na odontologia (restaurações metálicas, aparelhos de prótese),

na medicina e em obras de arte como monumentos e esculturas. Em muitos dos

casos é impossível ou economicamente impraticável parar o processo generalizado

de corrosão; porém é normalmente possível controlar o processo em níveis

aceitáveis.

Este trabalho visa dar aporte ao seminário apresentado pelo grupo, na disciplina de

Química Tecnológica.

Page 5: Seminário de Corrosão

5

1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA

A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela

sua interação química ou eletroquímica num determinado meio de exposição,

processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na liberação de

energia. Quase sempre, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está

associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de moléculas

de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor.

A corrosão eletroquímica constitui-se no processo de corrosão mais freqüente na

natureza. Estes processos eletroquímicos, como já dito, realizam-se na presença de

água líquida devido à formação de pilhas ou células de corrosão e em temperatura

abaixo do ponto de orvalho.

As células de corrosão são, portanto, elementos fundamentais na existência do

processo, e vão determinar, associadas a outros fatores, a intensidade dos

processos corrosivos.

1.1 Potenciais Eletroquímicos

Um metal, quando colocado em contato com uma solução diluída, transfere íons

para a mesma, ficando a superfície metálica eletricamente carregada.

Esta reação pode ser assim expressa:

M ↔ Mn+ + ne

Em conseqüência surge, na superfície metálica, uma diferença de potencial elétrico

entre o metal e a solução.

A figura 1 mostra o estágio inicial da reação, ou seja, átomos do metal passando do

estado reduzido (onde o número de prótons no núcleo corresponde ao mesmo

número de elétrons) para a solução sob a forma de íons de carga positiva e

deixando a superfície eletricamente carregada.

Page 6: Seminário de Corrosão

6

Figura 1

A figura 2 ilustra o estágio de equilíbrio da reação de passagem dos íons para a

solução.

Figura 2

A tendência à passagem de íons para a solução está relacionada à variação de

energia livre do sistema metal/solução, ou seja, o metal tem em si uma parcela de

energia acumulada que será liberada à medida que seus íons forem passando à

solução.

Esta diferença de energia se deve aos diferentes estados em que se pode

considerar os átomos, ou seja, quando o átomo de metal se encontra como metal

propriamente dito, integrando à estrutura cristalina e participante da ligação metálica,

rodeado por outro átomo metálico, ou quando o átomo cede os seus elétrons da

Page 7: Seminário de Corrosão

7

última camada transformando-se em íons de carga positiva e passando para a

solução, ou ainda quando os íons presentes num solvente polar interagem com as

moléculas do solvente, que orientam na direção do íon sua região de polaridade

negativa.

Com a passagem dos íons para a solução, cria-se um campo eletrostático que tende

a manter os íons metálicos o mais próximo possível do metal. À medida que os íons

passam para a solução, aumenta a quantidade de elétrons na superfície metálica,

com o conseqüente aumento da quantidade de cargas separadas pela dupla

camada e o aumento da diferença de potencial. A limitação no aumento da

quantidade de elétrons ocorre devido à dificuldade imposta pela dupla camada à

passagem de novos íons para a solução, bem como pela dificuldade de consumo

dos elétrons por íons do meio.

Quando a diferença de potencial atinge um valor tal que a energia livre de passagem

de íons para a solução se anula, estabelece-se o equilíbrio termodinâmico e tem-se

então o potencial eletroquímico de equilíbrio.

A tendência à passagem de íons para solução varia de metal para metal. Metais com

maior tendência à oxidação apresentam uma separação de cargas elétricas (elétrons

na superfície do metal e íons positivos em solução) maior, o que caracteriza no seu

potencial eletroquímico.

A figura 3 mostra de forma esquemática os potenciais de eletrodo do ferro e do

cobre.

Figura 3

Page 8: Seminário de Corrosão

8

Os potenciais dos diversos metais foram medidos em relação ao eletrodo padrão de

hidrogênio em condição padrão, resultando na chamada tabela de potenciais

eletroquímicos padrões, conforme mostrado na tabela 1.

Tabela 1

A denominação de potenciais de oxidação está ligada ao fato de o metal ser

colocado como anodo da pilha metal/eletrodo de hidrogênio. Invertendo-se todos os

sinais obter-se-ia a tabela de potenciais de redução. Os metais acima do hidrogênio

na tabela e à medida que se sobe na mesma, são denominados mais reativos, com

maior tendência à oxidação, mais anódicos e menos nobres. Os metais que estão

abaixo do hidrogênio na tabela e à medida que se desce na mesma, são ditos

menos reativos, com menor tendência à oxidação, menos anódicos e mais nobres.

Page 9: Seminário de Corrosão

9

1.2 Pilhas de Corrosão

As pilhas de corrosão eletroquímica são constituídas de quatro elementos

fundamentais:

1. Área anódica: superfície onde verifica-se o desgaste (reações de oxidação)

2. Área catódica: superfície protetora onde não há desgaste (reações de

redução).

3. Eletrólito: solução condutora ou condutor iônico que envolve simultaneamente

as áreas anódicas e catódicas.

4. Ligação elétrica entre áreas anódicas e catódicas.

A figura 4 mostra esquematicamente uma pilha de corrosão eletroquímica. As

pilhas ou células de corrosão eletroquímica são responsáveis pela deterioração

do material metálico (nas regiões anódicas).

Figura 4

Um conceito importante aplicável às pilhas de corrosão é o de oxidação e o de

redução. As reações de corrosão eletroquímica envolvem sempre reações de

oxirredução.

1.2.1 Principais tipos de pilha

• Pilha de eletrodo diferente: também denominada de pilha galvânica, e surge

sempre que dois metais ou ligas metálicas diferentes são colocados em

contato elétrico na presença de um eletrólito.

• Pilha de ação local: esta pilha é provavelmente a mais freqüente na natureza;

ela aparece em um mesmo metal devido a heterogeneidades diversas,

Page 10: Seminário de Corrosão

10

decorrentes de composição química, textura do metal, tensões internas,

dentre outras. As causas determinantes da pilha de ação local são: inclusões,

segregações, bolhas, trincas, estados diferentes de tensões, polimento

diferencial, diferença no tamanho e contorno do grão, tratamentos térmicos

diferentes, materiais de diferentes épocas de fabricação, entre outros.

• Pilha ativa-passiva: ocorre nos materiais formadores de película protetora,

como por exemplo: cromo, alumínio, aços inoxidáveis, titânio entre outros. A

película protetora se constitui numa fina camada do produto de corrosão que

passiva a superfície metálica.

• Pilha de concentração iônica diferencial: esta pilha surge sempre que um

material metálico é exposto a concentrações diferentes de seus próprios íons.

Esta pilha é muito freqüente em frestas quando o meio corrosivo é líquido.

1.3 Meios corrosivos

Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento

do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água

contendo sais, ácidos ou bases. Os principais meios corrosivos e respectivos

eletrólitos são:

• Atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão (especialmente na orla

marítima), gases industriais, poeira, etc. O eletrólito consititui-se da água que

condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases de enxofre.

Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o

processo corrosivo.

• Solos: os solos contêm umidade e sais minerais. Alguns solos apresentam

também características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se

principalmente de água com sais dissolvidos.

• Águas naturais (rios, lagos e subsolo): estas águas podem conter sais

minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, poluentes

diversos e gases dissolvidos. O eletrólito constitui-se principalmente da água

com sais dissolvidos.

Page 11: Seminário de Corrosão

11

• Água do mar: esta água contém quantidade apreciável de sais e por este

motivo é muito condutora e muito corrosiva. A água do mar, em virtude da

presença acentuada de sais, é um eletrólito por excelência.

• Produtos químicos: desde que em contato com água ou com umidade e

formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.

1.4 Velocidade de Corrosão

A velocidade com que se processa é dada pela massa de material desgastado, em

uma certa área, durante um certo tempo, ou seja, pela taxa de corrosão. A taxa de

corrosão pode ser representada pela massa desgastada por unidade de área na

unidade de tempo.

A massa deteriorada pode ser calculada pela equação de Faraday:

m = e.i.t

Onde m é a massa desgastada (em gramas), e é o equivalente eletroquímico do

metal, i é a corrente de corrosão (em Ampere) e t é o tempo que o processo leva

(em segundos).

A corrente “i” de corrosão é, portanto, um fator fundamental na maior ou menor

intensidade do processo e o seu valor pode ser variável ao longo do processo

corrosivo.

1.4.1 Influência de Outros Fatores na Velocidade de Corrosão

Alguns outros fatores influem na velocidade de corrosão, principalmente porque

atuam nos fenômenos de polarização e passivação.

Tais fatores que também influenciam a velocidade de corrosão:

• Aeração do meio corrosivo: o oxigênio funciona como controlador dos

processos corrosivos. Portanto, na pressão atmosférica, a velocidade de

corrosão aumenta com o acréscimo de taxa de oxigênio dissolvido. Isto ocorre

por ser o oxigênio um elemento despolarizante e que desloca a curva de

polarização catódica no sentido de maior corrente de corrosão.

Page 12: Seminário de Corrosão

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• pH do eletrólito: a maioria dos materiais metálicos passivam-se em meios

básicos (exceção para os materiais anfóteros). Portanto, as taxas de corrosão

aumentam com a diminuição do pH.

• Temperatura: o aumento de temperatura acelera, de modo geral, as reações

químicas. Da mesma forma, também em corrosão as taxas de desgaste

aumentam com o aumento de temperatura.

Page 13: Seminário de Corrosão

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2 CUSTOS ASSOCIADOS À CORROSÃO

Com o avanço tecnológico mundialmente alcançado, os custos as corrosão

evidentemente se elevam, tornando-se um fator de grande importância a ser

considerado já na fase de projeto de grandes instalações industriais para evitar ou

minimizar futuros processos corrosivos.

Esta importância pode ser considerada sob alguns aspectos básicos, destacando-se

como o primeiro deles o econômico, traduzido pelo custo da corrosão que envolve

cifras astronômicas e pelos custos que envolvem a conservação das reservas

minerais e consumo energético.

O dado relativo ao custo da corrosão mais amplamente divulgado foi apresentado

por Uhlig em 1949, na Conferência Científica sobre a Conservação e Utilização das

Reservas Minerais, realizada em Nova York pela ONU. Naquela época Uhlig

estimava que os EUA o custo da corrosão alcançava 5,5 bilhões de dólares por ano.

Doze anos antes, em Bruxelas, Bélgica, numa reunião de corrosão, foi apresentado

o seguinte painel: “Enquanto você lê este painel, 750 kg de ferro estão sendo

corroídos”.

Muitos anos depois, em 1965, o National Bureal of Standarts publicava um relatório

que estimava em 10 bilhões de dólares o custo anual da corrosão nos EUA.

Em 1969, o ministro da Tecnologia do Reino Unido determinou a criação de um

Grupo de Trabalho com o objetivo de realizar um levantamento do custo da corrosão

e da economia que se poderia obter pelo uso adequado de medidas, já conhecidas,

para combate à corrosão. Esse grupo foi coordenado por Hoar, da Universidade de

Cambridge, e o seu relatório conclusivo, publicado em 1971, revelou que o custo

anual mínimo da corrosão no Reino Unido era de 1 bilhão e 365 milhões de libras

esterlinas. Hoar observou ainda que este valor correspondia a 3,5% do PNB

(produto nacional bruto). Foram também levantados dados que permitiram estimar

em 310 milhões de libras esterlinas a quantia que poderia ter sido poupada se o

conhecimento disponível para combate à corrosão tivesse sido aplicado

convenientemente.

Page 14: Seminário de Corrosão

14

Após a emissão desse relatório Hoar, em 1971, o primeiro levantamento sério

realizado com vistas à avaliação do custo da corrosão foi feito nos EUA, por

determinação do Congresso, que atribuiu esta missão ao National Bureal of

Standarts, o qual, por sua vez, contratou o Batelle Columbus Laboratories

(Colombus, Ohio) para auxiliá-lo neste trabalho. O ano de 1975 foi tomado como

base para os levantamentos. As conclusões desse levantamento são

surpreendentes, principalmente por mostrar que o custo anual da corrosão é muito

superior ao que até então havia sido estimado. Assim, para 1975, o valor médio

encontrado foi de 70 bilhões de dólares, equivalentes a 4,2% do PNB. A faixa

estimada varia de 52,7 a 86,2 bilhões. Outro dado do relatório mostra que o custo da

corrosão em automóveis situava-se na faixa de 6 a 14 bilhões de dólares por ano.

O Departamento de Comércio dos EUA estimou em 126 bilhões de dólares o custo

da corrosão em 1982. A tabela 2 apresenta estimativas do custo da corrosão em

alguns países. Na falta de dados estatísticos e estimando-se o custo da corrosão em

3,5% do PNB, do ano de 1993, pode-se apresentar a tabela 2.

Tabela 2

Page 15: Seminário de Corrosão

15

3 TIPOS DE CORROSÃO

A corrosão por processos eletroquímicos apresenta mecanismos idênticos sempre

constituídos por regiões nas quais há a formação de ânodos e cátodos, entre as

quais há a circulação de elétrons e no meio a circulação de íons. Mas a perda de

massa do material e a maneira pela qual se dá seu ataque, se processará de

diferentes maneiras e evoluções.

Listam-se aqui diversos tipos de corrosão e seus específicos mecanismos,

abordando-se as características do ataque corrosivo e as formas de desgaste.

3.1.1 Corrosão uniforme

A corrosão se processa em toda extensão da superfície, ocorrendo perda uniforme

de espessura. É chamada por alguns de “corrosão generalizada”, mas essa

terminologia não deve ser usada só para corrosão uniforme, pois pode-se ter,

também, corrosão por pite ou alveolar generalizadas, isto é, em toda a extensão da

superfície corroída.

3.1.2 Corrosão por pites

A chamada corrosão por pites (do inglês pit, orifício) é uma forma de corrosão

localizada que consiste na formação de pequenas cavidades e profundidade

considerável e o mais importante, significativa frente à espessura do material. Ocorre

de maneira extremamente determinada, podendo, portanto, ser chamada de

puntiforme, não apresentando o material circundante ataque.

Caracteriza-se por atacar materiais metálicos que apresentam formação de películas

protetoras passiváveis e sendo resultado, geralmente, da atuação de "ilha" ativa-

passiva nos locais de pequena área (dito pontos) onde há o rompimento de tal

camada passiva. Sendo uma corrosão que não implica uma homogênea redução da

espessura, e ocorrendo no interior de equipamentos, torna-se um tipo de corrosão

de acompanhamento mais difícil.

É um tipo de corrosão que nos materiais passiváveis a ação dos halogenetos (Cl-,

Br-, I-, F-) causa o rompimento da passividade e a dissolução causada localmente da

Page 16: Seminário de Corrosão

16

película produz um área ativa que, diante do restante passivado circundante muito

maior, produz uma corrosão muito intensa e localizada. É de se considerar que um

fator importante para o mecanismo da formação de pites seja a existência de pontos

de maior fragilidade da película passivante (defeitos em sua formação), fazendo com

que o pH no interior do pite se altere substancialmente para o espectro ácido

dificultando a restituição da camada passiva inicial, resultando disto que a pequena

área ativa anódica formada diante de uma grande área catódica provoca uma

corrosão localizada e intensa.

3.1.3 Corrosão por concentração diferencial

A variação de determinados componentes no meio no qual o material está

permanentemente ou mesmo eventualmente imerso (em contato) provoca

igualmente ação corrosiva, a qual é denominada corrosão por concentração

diferencial. Seu mecanismo de ação é a formação de pilhas de concentração iônica

diferencial e pilhas de aeração diferencial.

Este tipo de corrosão pode ser dividido em: corrosão por concentração iônica

diferencial e corrosão por aeração diferencial.

3.1.3.1 Corrosão por concentração iônica diferencia l

A corrosão por concentração iônica diferencial ocorre quando no eletrólito com o

qual o metal está em contato apresentam-se diferenças de concentração de íons do

metal ou ainda outro cátion ou ânion que propicie a corrosão, como o Na+ e outros

íons alcalinos ou ainda sulfatos, por exemplo, propiciando a partir de um primeiro

ataque, a variação de cátions do metal. Este diferencial propiciará a formação de

pilhas através da presença de diferentes potenciais eletroquímicos das áreas de

maior e menor concentração, que funcionarão respectivamente como cátodo e como

ânodo.

3.1.3.2 Corrosão por aeração diferencial

Quando há variações nas concentrações de oxigênio no meio eletrólito, ocorre a

chamada corrosão por aeração diferencial. Com a concentração de oxigênio mais

alta no meio circundante, mais catódico se torna o potencial eletroquímico de um

Page 17: Seminário de Corrosão

17

material metálico, tornando as áreas em contato com esta concentração mais

elevada de oxigênio catódicas, gerando diferença de potencial em relação às áreas

de meio de menor concentração de oxigênio, que passam a ser anódicas. Este tipo

de corrosão ocorre em regiões intermediárias entre dois meios, como ar e água ou

ar e solo, como nas estruturas metálicas com partes subaquáticas ou no solo.

3.1.4 Corrosão em frestas

A ação da aeração diferencial e/ou da concentração iônica diferencial produzem a

formação de pilhas em frestas em materiais metálicos. Estas frestas podem ser

definidas como as ocorrentes em juntas soldadas de chapas sobrepostas, em juntas

de chapas unidas por rebites, em ligações de tubulações unidas por flanges, em

ligações de tubulações proporcionadas por roscas de parafusos, nos revestimentos

feitos através de chapas aparafusadas e inúmeras configurações de geometrias que

proporcionem a formação de frestas.

A formação de pilhas de concentração iônica diferencial é preferencial em meios

líquidos e a formação de pilhas de aeração diferencial é preferencial em meios

gasosos. O projeto de qualquer instalação metálica deve minimizar a previsão de

frestas, pois aí há propensão à corrosão.

3.1.5 Corrosão filiforme

Quando a corrosão se processa sob camadas de revestimento, como a pintura, ela é

denominada de corrosão filiforme. Embora o mecanismo principal desta corrosão

não seja completamente entendido, atribui-se aos mesmos mecanismos da corrosão

por frestas a esta corrosão, especialmente quando em defeitos no revestimento a

aeração diferencial. Esta corrosão processa-se tipicamente nas bordas da superfície

do material, progredindo por filamentos que curiosamente apresentam reflexões de

mesmo ângulo do de incidência quando encontram obstáculos.

3.1.6 Corrosão galvânica

O contato elétrico entre materiais diferentes resulta no processo corrosivo conhecido

como corrosão galvânica. A intensidade deste tipo de corrosão será proporcional à

distância entre os valores dos materiais envolvidos na tabela de potenciais

Page 18: Seminário de Corrosão

18

eletroquímicos (vistos no capítulo 1), em outras palavras, na "nobreza" dos

materiais. Exerce influência neste tipo de corrosão a proporcionalidade entre as

áreas anódica e catódica. Tal proporção deverá ser menor possível com vistas a se

obter a mínima corrosão na área anódica aliada a sua uniformidade.

A presença de íons metálicos no eletrólito é um fator importante nesta corrosão. No

caso de os íons no eletrólito serem mais catódicos que os materiais com os quais

possam ter contato, haverá corrosão devido a reações de troca entre o metal e os

cátions dissolvidos, com conseqüente oxidação do metal da estrutura em questão.

3.1.7 Corrosão sob tensão

O desenvolvimento da corrosão sob tensão exige a presença simultânea de tensões

de tração e fatores ambientais específicos. Isso é incomum nas atmosferas internas

de um edifício. As tensões não necessitam serem muito altas em relação ao limite de

escoamento do material e podem ser devidos à carga e/ ou efeitos residuais dos

processos de fabricação tais como soldagem ou dobramento. Devem ser tomados

cuidados quando os componentes de aço inoxidável com tensões residuais elevadas

(por ex. devido ao trabalho a frio) são usados em ambientes ricos em cloretos (por

ex. piscinas cobertas, marinho, plataforma marítima).

3.1.8 Corrosão seletiva

É chamada de corrosão seletiva ao conjunto de processos corrosivos que haja a

formação de um par galvânico produzido pela diferença significativa entre a nobreza

de dois elementos constituintes de uma liga metálica.

3.1.9 Corrosão grafítica

O processo corrosivo que ocorre nos ferros fundidos cinzentos, que normalmente

são usados para tubulações de água, de esgotos, em drenagem, etc, e no chamado

ferro nodular, que possuem teor de grafita é chamado de corrosão grafítica. Sendo a

grafita muito mais catódica que o ferro, e estando este concentrado em veios ou

nódulos, passam a agir como cátodo, enquanto o ferro age como ânodo, propiciando

a corrosão. Este tipo de corrosão é observável em tubos de ferro fundido velhos. É

usual o revestimento dos tubos - internamente com argamassa de cimento e

Page 19: Seminário de Corrosão

19

externamente com pinturas resistentes ao solo onde serão enterrados - para

prevenção deste este tipo de corrosão

3.1.10 Corrosão por dezincificação

O processo corrosivo que ocorre nas ligas de zinco, como os latões, utilizados em

resfriadores, condensadores, etc (trocadores de calor), tubulações para água

salgada e outras é chamada corrosão por dezincificação.

É similar ao processo de corrosão grafítica, mas o material anódico é o zinco,

restando o cobre e os conseqüentes produtos de corrosão. É observada com mais

frequência nos latões de alto teor de zinco, como o latão-alumínio (76% Cu, 22% Zn

e 2% Al) e latão amarelo (67% Cu e 33% Zn), mas é observada mesmo em ligas

mais resistentes à corrosão deste tipo como o latão vermelho (85% Cu e 15% Zn)

em caso de a partida da liga não se apresentar suficientemente homogênea.

É um tipo de corrosão inibida por tratamento térmico de solubilização da liga e

acréscimo à liga de As e Sb. > A corrosão galvânica (bimetálica) pode ocorrer

quando metais diferentes estão em contato num eletrólito comum (p. ex.: chuva,

condensação, etc.). Se a corrente elétrica flui entre os dois, o metal menos nobre (o

anodo) se corrói a uma taxa mais rápida do que se os metais não estivessem em

contato. A taxa de corrosão depende também das áreas relativa ao contato dos

metais, a temperatura e a composição do eletrólito. Em particular, quanto maior a

área do catodo em relação ao anodo, maior é a taxa de ataque. As proporções

desfavoráveis de áreas ocorrem provavelmente com os fixadores e as juntas.

Deveriam ser evitados os parafusos de aço carbono nos componentes de aço

inoxidável devido à proporção da área do aço inoxidável para o aço carbono que é

grande e os parafusos estarão sujeitos a ataque agressivo. Inversamente, a taxa de

ataque de um componente de aço carbono por um parafuso de aço inoxidável é

muito menor. É útil extrair a experiência de uma situação anterior em situações

similares, porque metais diferentes podem freqüentemente ser unidos de forma

segura e sob condições de condensação ocasional ou umidade, com resultados não

adversos principalmente quando a condutividade do eletrólito é baixa. A previsão

desses efeitos é difícil porque a taxa de corrosão é determinada por um número de

questões complexas. O uso de tabelas de potencial ignora a presença de filmes de

Page 20: Seminário de Corrosão

20

oxido na superfície e os efeitos das proporções da área e diferentes soluções

químicas (eletrólito). Entretanto, o uso inadequado destas tabelas pode produzir

resultados incorretos. Elas devem ser utilizadas com cuidado e somente para

avaliação inicial. Os aços inoxidáveis austeníticos normalmente formam o catodo

num par bimetálico e então não sofrem corrosão. Uma exceção é o par com cobre

que deveria ser normalmente evitado exceto em condições propícias. O contato

entre aços inoxidáveis austeníticos e zinco ou alumínio pode resultar em alguma

corrosão adicional dos dois últimos metais. Isso é pouco provável que seja

significativo estruturalmente, mas o resultado em forma de pó branco/cinzento pode

ser considerado de má aparência.

3.1.11 Corrosão associada ao escoamento de fluidos

Quando no escoamento de líquidos os processos corrosivos podem sofrer

aceleração pela associação da ação mecânica e seus efeitos com a formação de

pilhas, há ruptura de passivações e proteções aplicadas e as consequentes

formações de pilhas, oportunidades da ação química e sua consequente ação

corrosiva. As corrosões ocasionadas por tais ações de fluidos sobre os materiais são

classificadas principalmente em corrosão-erosão, a corrosão com cavitação e a

corrosão por turbulência.

3.1.11.1 Corrosão-erosão

Define-se erosão neste caso como o desgaste mecânico de uma substância sólida,

no caso o material de componentes ou condutores de um sistema causado pela

abrasão superficial de uma substância sólida, pura ou em suspensão num fluido,

seja ele líquido ou gasoso.

São casos comuns e frequentes deste tipo de ação:

• No deslocamento de materiais sólidos, de qualquer granulometria, como

rochas britadas, minérios ou produtos industriais diversos, como o cimento.

• No deslocamento de um líquido contendo um sólido em suspensão, como as

lamas de produção de minérios.

Page 21: Seminário de Corrosão

21

• No deslocamento de gases contendo partículas líquidas ou sólidas, como no

caso de cinzas abrasivas resultantes da queima de carvão mineral juntamente

com os gases de exaustão da combustão de usinas termoelétricas.

A ação erosiva ocorre normalmente no caso de líquidos e gases, em tubulações, em

permutadores de calor, em pás de turbinas, em parafusos de bombas de

Arquimedes, etc. O desgaste superficial causado pela erosão é capaz de destruir,

ainda que pontualmente, a princípio, as camadas protetoras (passivas) formadas

pelos próprios produtos de corrosão, ocasionando a formação de pilhas ativa-

passiva. Por outro caminho, o processo corrosivo leva à produção de películas de

produtos de corrosão, que são passivadoras da superfície, mas tais camadas são

removidas continuamente pelo processo erosivo, levando ao contínuo desgaste

pelas duas vias do material. Assim, quando associado com o processo erosivo, mais

intenso se torna o processo corrosivo, tendo como somatório um desgaste maior que

se apenas estivesse em ação o processo corrosivo ou o erosivo.

3.1.11.2 Corrosão com cavitação

Define-se cavitação como o processo de desgaste provocado em uma superfície,

especialmente metálica ou mesmo de concreto, devido a ondas de choque no

líquido, oriundas do colapso de bolhas gasosas (cavidades) nele temporariamente

formadas por ebulição, normalmente a baixa pressão. Nas regiões de um sistema

em movimento (como são os casos de pás de bombas centrífugas) ou em vibração

(como são os casos das camisas de fluidos refrigerantes dos motores), onde

ocorrem pelo menos momentos de baixas pressões, o suficiente para produzir

bolhas de vapor ou mesmo de gases até então dissolvidos, e havendo a reversão

para situações de pressão mais alta, causando o colapso de tais bolhas, que por

redução praticamente instantânea de seu volume provocando ondas de choque e

causando o impacto do fluido com as paredes, num efeito de "martelamento".

Do mesmo modo que a erosão por partículas em suspensão nos fluidos, a cavitação

provoca a destruição das camadas de oxidação protetora das superfícies,

propiciando de maneira similar o ataque corrosivo, com o acréscimo de provocar a

deformação plástica com o encruamento causado pela ação das ondas de choque

de alta pressão e, portanto a formação de novas regiões anódicas.

Page 22: Seminário de Corrosão

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Igualmente a processo de corrosão com ação conjunta da erosão, a ação dos dois

fatores somados causa maiores perdas de material que a ação isolada da cavitação

ou da corrosão.

É de se citar igualmente a formação, propiciando a maior formação de bolhas, de

"focos de ebulição", que são regiões de maior aspereza (ou pontas e arestas) no

material, de onde há a mais fácil formação de bolhas de vapor, exatamente pela

ação inicial da corrosão ou da cavitação, sinergizando o processo, propiciando ainda

mais cavitação.

3.1.12 Corrosão por turbulência ou impingimento

A chamada corrosão por turbulência ou impingimento é um processo corrosivo

associado aos fluxos turbulentos de um líquido, ocorrendo especialmente quando há

a redução da área do fluxo, ou em outras palavras, quando seu caminho torna-se

mais estreito ou apresentar mudança de direção, como em curvas ou como se usa

dizer em tubulações, "cotovelos". De modo similar à cavitação, os fluxos turbulentos

podem provocar regiões de baixa pressão e bolhas especialmente de gases

dissolvidos (como o ar) e vapor que podem colapsar, causando a ação de ondas de

choque do fluido contra a parede metálica e o processo erosivo deste modo

resultante é denominado de impingimento. O ataque é um tanto diferente da

cavitação, propiciando alvéolos na forma de ferradura e pela ação dominante de

bolhas (geralmente ar) enquanto na cavitação a fase gasosa dominante é o vapor do

líquido.

Page 23: Seminário de Corrosão

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4 PROTEÇÃO À CORROSÃO

Além dos cuidados em projeto, as principais soluções empregadas para eliminar ou

reduzir a velocidade de corrosão a valores compatíveis com a vida útil ou com os

intervalos de manutenção dos componentes de aço são:

• Utilização de aços resistentes à corrosão atmosférica;

• Aplicação de revestimento metálico (zincagem ou galvanização);

• Aplicação de revestimento não-metálico (pintura)

4.1 Aços Resistentes à Corrosão

Entre os aços resistentes à corrosão atmosférica destacam-se os aços inoxidáveis,

obtidos pela adição de níquel e cromo, porém de uso restrito em edificações devido

ao seu custo elevado, e os chamados aços patináveis ou aclimáveis.

Os aços patináveis foram introduzidos no início da década de trinta, nos Estados

Unidos, para a fabricação de vagões de carga. Dadas às características e

qualidades desses aços, que combinavam alta resistência mecânica com resistência

à corrosão atmosférica, rapidamente encontraram aceitação, ainda que, na maioria

das vezes, fossem empregados com revestimento. Comercialmente, tais aços

receberam o nome de "Corten" e hoje são mundialmente utilizados na construção

civil.

4.1.1 Características

Os aços patináveis apresentam como principal característica a resistência à

corrosão atmosférica que, dependendo da agressividade do meio ambiente e do

tempo de exposição, pode ser de 5 a 8 vezes maior que a dos aços-carbono. A

resistência à corrosão atmosférica dos aços patináveis foi estudada ao longo de

anos por meio de ensaios acelerados e não–acelerados de corrosão em diferentes

condições atmosféricas, onde foi comprovada a sua superioridade em relação aos

aço-carbono comum.

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Os aços resistentes à corrosão são disponíveis no Brasil sob a forma de chapas e

bobinas. Esses aços são produzidos pelas principais siderúrgicas do país e possuem

denominações comerciais.

São aços de baixa liga, que além da resistência à corrosão, apresentam boa

soldabilidade.

A maior resistência à corrosão desses aços advém principalmente da adição de

cobre e cromo. Cada siderúrgica adota uma combinação própria desse elemento em

seus aços comerciais, além de combiná-los com outros elementos, como níquel,

vanádio e nióbio.

Os aços patináveis, quando expostos à atmosfera, desenvolvem em sua superfície

uma camada de óxido compacta e aderente denominada "pátina", que funciona

como barreira de proteção contra a corrosão, possibilitando, assim, sua utilização

sem qualquer tipo de revestimento.

A formação de pátina protetora ocorre desde que o aço seja submetido a ciclos

alternados de molhagem (chuva, nevoeiro, umidade) e secagem (sol, vento). Tais

efeitos também estão presentes em ambientes internos à edificação, desde que

adequadamente ventilados. O tempo necessário para a completa formação da

pátina varia em função do tipo de atmosfera em que se encontra exposto o aço,

levando em média de 18 meses a 3 anos. Após um ano, porém, o material já

apresenta uma homogênea coloração marrom-clara. A tonalidade definitiva, uma

gradação escura do marrom, será função da atmosfera predominante e da

freqüência com que a superfície do material se molha e se seca.

4.2 Galvanização

O fenômeno da corrosão é sempre precedido pela remoção de elétrons do ferro,

formando os cátions Fe++. A facilidade de ocorrer essa remoção é variável de metal

para metal e a ela dá-se o nome de potencial de oxidação de eletrodo.

A partir do arranjo ordenado dos valores de potencial de oxidação, tomando-se

como referência o hidrogênio, obtém-se a série eletromotriz. Nesta série, quanto

mais positivo o potencial de oxidação, mais reativo é o metal.

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O zinco tem maior potencial do que o ferro. Assim, se os dois forem combinados, o

zinco atuará como ânodo e o ferro como cátodo. Essa característica é utilizada como

artifício para se prevenir a corrosão do aço e nela baseia-se o método de proteção

pelo uso do zinco.

O aço revestido com zinco, na verdade, está protegido de duas maneiras distintas:

Se a camada de zinco se mantiver contínua, ou seja, sem qualquer perfuração, a

mesma atua como uma barreira evitando que o oxigênio e a água entrem em contato

com o aço, inibindo assim a oxidação.

Caso ela tenha qualquer descontinuidade e na presença do ar atmosférico, que

possui umidade, o zinco passa a atuar como ânodo, corroendo-se em lugar do ferro.

Essa propriedade confere à peça maior durabilidade uma vez que a corrosão do

zinco é de 10 a 50 vezes menos intensa do que a do aço na maioria das áreas

industriais e rurais e de 50 a 350 vezes em área marinhas.

O zinco pode ser aplicado por diversos processos, dentro os quais destaca-se a

zincagem por imersão a quente.

A zincagem por imersão a quente, também conhecida com galvanização, é o

processo onde o revestimento de zinco é obtido por meio da imersão da peça ou da

própria chapa de aço em um recipiente com zinco fundido a 460 ° C. O zinco adere à

superfície do aço por meio da formação de uma camada de liga Fe-Zn, sobre a qual

deposita-se uma camada de zinco pura quando da retirada da peça do banho.

A aplicação do zinco pode ser feita na própria chapa de aço ou no componente já

processado (perfilado, dobrado, furado, etc.).

O processo pode ser ainda contínuo, por meio da utilização de bobinas, ou semi-

contínuo, sendo que no segundo caso o banho é dado em chapas previamente

cortadas.

Quanto à espessura da camada de zinco, os processos de galvanização se mostram

também extremamente versáteis. Com já visto, a durabilidade da peça zincada

dependerá diretamente do tempo que levar o processo de oxidação da camada de

zinco. Enquanto ela existir, o aço estará protegido.

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Assim, quanto mais tempo se quiser proteger o material, ou ainda, quanto mais

agressivo for o meio, mais espessa tem que ser a camada de zinco.

4.3 Pintura

A proteção contra a corrosão por meio de pintura do aço por material não-metálico

tem por objetivo criar uma barreira impermeável protetora na superfície exposta do

aço.

Os materiais impermeáveis normalmente utilizados são esmaltes, vernizes, tintas e

plásticos.

Os esquemas de pintura geralmente obedecem às seguintes etapas:

- Limpeza da superfície: a vida útil do revestimento é função do grau de limpeza da

superfície do elemento a ser pintado. Pode variar desde uma simples limpeza por

solventes ou escovamento, até jateamento por granalha ao metal branco. Uma

limpeza de superfície de alta qualidade pode custar até 60% do custo do trabalho de

pintura. Na ausência de normas brasileiras, geralmente, são seguidas normas ou

especificações internacionais, tais como a especificação norte-americana SSPC –

"Steel Structures Painting Council" ou a norma sueca SIS – (05 50 00/1967) –

"Pictorial Surface Preparation Standards of Painting Steel Surface", que fornecem os

procedimentos para cada grau de limpeza.

• Revestimento primário ou "primer": tem como objetivo umedecer

adequadamente a superfície e provê-la de adesão à camada subsequente de

pintura. É um produto geralmente fosco, que contém pigmentos anticorrosivos

para conferir a proteção necessária ao substrato. O primer ("shop primer")

também é aplicado sobre uma peça para dar proteção durante o seu

armazenamento

• Camada intermediária: tem por objetivo fornecer espessura ao sistema,

aumentando o caminho dos agentes corrosivos. As tintas intermediárias

geralmente são neutras, isto é, não tem pigmentos anticorrosivos, nem

coloridos. São também denominadas tintas de enchimento, sendo mais

baratas do que os "primers” e do que as tintas de acabamento.

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• Camada final ou de acabamento: tem por objetivo dar aparência final ao

substrato, como cor e textura, podendo também atuar como barreira aos

agentes agressivos do meio ambiente.

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5 ESTUDO DE CASO – “AZINHAVRE”

Azinhavre, zinabre, azebre, cardenilho ou verdete é o nome dado à camada de cor

azul esverdeada resultante da oxidação do cobre ou ligas que contêm cobre, como o

latão.

Figura 05 – Estátua da Liberdade, nos Estados Unido s. Monumento apresenta alto grau de

oxidação (atmosfera marítima).

É possível forçar a criação deste pigmento azul esverdeado com a aplicação de

ácido acético em peças de cobre, formando o Acetato de Cobre. O azinhavre é

geralmente um Carbonato de Cobre básico, mas próximo ao mar, como a Estátua da

Liberdade (figura 05), é um Cloreto de Cobre. Caso haja ácido acético na atmosfera

o azinhavre pode ser considerado como Acetato de Cobre.

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5.1 Estudo de caso: geração de azinhavre em contato s de cobre e latão

aplicados na indústria eletro-eletrônica, (especifi camente em duchas

elétricas convencionais e duchas eletrônicas).

O azinhavre é comumente observado nos contatos metálicos para passagem de

corrente em duchas cujo tempo de uso já ultrapassa os seis meses de utilização. O

tempo de sua formação está diretamente ligado à qualidade da água que flui por

dentro do equipamento. Em regiões litorâneas, onde a água pode apresentar uma

salinidade mais elevada, este efeito ocorre com maior velocidade e agressividade.

Este efeito passa a ser prejudicial a partir da primeira manutenção da resistência,

quando a mesma rompe-se (queima) e deve ser substituída. Isto porque a vida útil

de uma resistência é, em média, 14 meses, tempo suficiente para a geração de uma

camada considerável de azinhavre. Quando retira-se a primeira resistência

danificada, nota-se que nos pontos de atrito entre os dois contatos não há a

formação de azinhavre, visto que a água e o ar úmido não têm acesso à estas

regiões. As demais partes do contato que ficaram expostas apresentam a típica cor

azul esverdeada. O azinhavre torna-se prejudicial porque sua camada formada age

como isolante elétrico, não permitindo a passagem de corrente. Observa-se que em

contatos com elevada presença de azinhavre o aquecimento devido à ineficiência de

condução de eletricidade pode chegar a ser duas vezes mais elevado que em

contatos normais, reduzindo drasticamente a vida útil dos sistemas condutores e,

consequentemente, do produto.

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Figura 6 – Exposição do estudo de caso

Parte exposta: apresentação de

azinhavre

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CONCLUSÃO

A corrosão está presente em quase todas as partes em que vivemos e na grande

maioria das áreas tecnológicas , bem como biológicas e em várias áreas existentes.

Além disso, ela acaba sendo um assunto muito importante e questionado em tempos

atuais, devido sua alta influência em desgaste em vários materiais, gerando custo,

conforme abordado.

Este seminário realizado nos mostra um estudo inicial da corrosão eletroquímica e

química, bem como um exemplo de corrosão industrial , para constatar e agregar o

conhecimento da parte teórica apresentada, na parte prática de trabalho.

Foi explanado sobre o tipo de corrosão e suas características principais e

apresentou-se um conteúdo mais abrangente quanto ao processo corrosivo, já que a

corrosão não é uma simples questão a ser abordada.

Ao falar de corrosão, necessariamente mostramos alguns meios de prevenção a sua

propagação, e também características de materiais contra sua ação.

Pode-se dizer que conseguimos aprender e obter mais conhecimento em processo

corrosivo , que por sua vez é essencial para nosso curso de Engenharia Mecânica.

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REFERÊNCIAS

Nunes, Laerce de Paula; Fundamentos de Resistência à Corrosão . Rio de

Janeiro; Interciência, IBP: ABRACO, 2007.

http://www.lmc.ep.usp.br/people/valdir/pef5736/corrosao/PROTE%C3%87%C3%83O

CORROS%C3%83O.html, acessado em 21/09/2011.