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Sumário: 1. REVISÃO DOS FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA .................................................................. 4
1.1. HISTÓRICO DA ELETROQUÍMICA ................................................................................................... 4 1.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS DE FARADAY ............................................................................................. 6 1.3. TIPOS DE CONDUTORES E MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA
ELETROQUÍMICA ...................................................................................................................................... 7 1.3.2. CONDUTORES DE 2
a ESPÉCIE OU CONDUTORES IÔNICOS ................................................. 8
1.3.3. MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA ELETROQUÍMICA ....................................... 9 1.4. DEFINIÇÃO DO FENÔMENO ELETROQUÍMICA ............................................................................ 9 1.5. TIPOS DE CÉLULAS ELETROQUÍMICAS ....................................................................................... 10
1.5.1. CÉLULAS ELETROLÍTICAS ........................................................................................................ 10 1.5.2. PILHAS ......................................................................................................................................... 10
2. IMPORTÂNCIA E CUSTO DA CORROSÃO........................................................................................ 12
3. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA CORROSÃO ................................................................................... 13
3.1. HISTÓRICO ......................................................................................................................................... 13 3.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS...................................................................................................................... 14
CORROSÃO ............................................................................................................................................ 14 COMPONENTES DA CORROSÃO ........................................................................................................ 16
4. FORMAS DA CORROSÃO ...................................................................................................................... 16
4.1. CORROSÃO UNIFORME ................................................................................................................... 16 4.2. CORROSÃO LOCALIZADA .............................................................................................................. 17 4.3. CORROSÃO POR TRINCAS .............................................................................................................. 21
5. TAXAS DE CORROSÃO .......................................................................................................................... 21
5.1. PERDA DE ESPESSURA POR UNIDADE DE TEMPO ..................................................................... 22 5.2. PERDA DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO ...................................... 23 5.3. EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO ......................................................................................................... 24 5.4. CLASSIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO À TAXA DE
CORROSÃO ............................................................................................................................................... 26
6. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS CORROSIVOS........................................................................ 27
6.1. CORROSÃO ÚMIDA .......................................................................................................................... 27 6.2. CORROSÃO SECA .............................................................................................................................. 28
7. MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO. ........................................................................ 28
7.1. INTRODUÇÃO. ................................................................................................................................... 28 7.2. REAÇÕES DA CORROSÃO ............................................................................................................... 30 7.3. PRINCIPAIS REAÇÕES CATÓDICAS .............................................................................................. 36
8. NOÇÕES SOBRE METALURGIA .......................................................................................................... 38
8.1. DEFINIÇÕES ....................................................................................................................................... 39 8.2. PROCESSO SIMPLIFICADO DA FABRICAÇÃO DO AÇO ............................................................. 40 8.3. PRINCIPAIS HETEROGENEIDADES DOS AÇOS ........................................................................... 42 8.4. ESTRUTURA DOS METAIS ............................................................................................................... 44
9. MICROPLHAS .......................................................................................................................................... 44
9.1. CONCEITUAÇÃO ............................................................................................................................... 44 9.2. LOCALIZAÇÃO DAS ÁREAS DE MAIOR CORROSÃO ................................................................. 45 9.3. EXERCÍCIOS ....................................................................................................................................... 46
10. PRINCIPAIS FATORES QUE INTERFEREM NO PROCESSO CORROSIVO ............................. 48
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10.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 48 10.2. INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL NA CORROSÃO ............................... 48 10.3. INFLUÊNCIA DO PH DO MEIO NA CORROSÃO .......................................................................... 51 10.4. INFLUÊNCIA DA AERAÇÃO DO MEIO NA CORROSÃO ............................................................ 53 10.5. INFLUÊNCIA DO PRODUTO DE CORROSÃO NA CORROSÃO ................................................. 54
11. CORROSÃO ATMOSFÉRICA .............................................................................................................. 55
11.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 55 11.2. CARACTERÍSTICAS DA CORROSÃO ATMOSFÉRICA .............................................................. 56
12. CORROSÃO PELO SOLO ..................................................................................................................... 62
13. CORROSÃO MICROBIOLÓGICA ...................................................................................................... 66
13.1. CONCEITO ........................................................................................................................................ 66 13.1. CORROSÃO POR BACTÉRIAS ANAERÓBICAS .......................................................................... 66 13.2. CORROSÃO POR BACTÉRIAS AERÓBICAS ................................................................................ 67 13.3. OUTROS MICROORGANISMOS .................................................................................................... 68 13.4. PREVENÇÃO A CORROSÃO MICROBIOLÓGICA ....................................................................... 68
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1. REVISÃO DOS FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA
1.1. HISTÓRICO DA ELETROQUÍMICA
O desenvolvimento dos conceitos da eletroquímica e da corrosão se confundem, pois
a corrosão começou a ser estudada e entendida pelos mesmos cientistas que participaram do
desenvolvimento da eletroquímica.
Uma revisão sucinta do início do estudo da eletroquímica pode ser resumida pelas
datas a seguir:
1788 - Austim, observou que a água pura, após algum tempo de contato com um
pedaço de ferro, tende a ficar alcalina.
Explicação conhecida tempos depois: O consumo dos íons hidrogênio por reações
eletroquímicas que ocorrem na interface metal/solução provoca uma elevação do
pH da água.
1800 - Nicholson e Carlishe, estabeleceram uma relação entre as reações químicas e
os fenômenos elétricos, através da construção de uma célula eletrolítica como a
mostrada no esquema da figura 1, onde dois eletrodos de platina (metal inerte) são
parcialmente mergulhados em água natural (não tratada). Essa experiência levou-os
a seguinte conclusão final: Quando a água é colocada num circuito de condutores
elétricos, em contato com dois eletrodos, se a energia for suficiente para oxidar um
dos eletrodos no outro ocorrerá desprendimento de hidrogênio molecular.
FIGURA 1- Célula eletroquímica similar a usada por Nicholson e Carlishe
A tabela 1 resume as principais constatações da experiência representada acima.
e
LÂMPADA ACENDE
LÂMPADA ACENDE
Pt
H2O
GERADOR
DE C.C.
i
= bolhas de gás hidrogênio,
que é uma união de várias
moléculas de H2.
Pt
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OBSERVAÇÃO EXPLICAÇÃO CONCLUSÃO
1. BORBULHAMENTO AO
REDOR DE UM DOS
ELETRODOS.
NA INTERFACE ELETRODO
/ SOLUÇÃO OCORRE UMA
REAÇÃO ELETROQUÍMICA
DE REDUÇÃO DO H+ A SUA
FORMA MOLECULAR H2,
QUE EVOLUI NA FORMA
DE GÁS.
COMO A REAÇÃO SÓ
OCORRE QUANDO SE
FECHA O CIRCUITO DA
CÉLULA - A CORRENTE
ELÉTRICA É QUEM
PROVOCA A REAÇÃO.
2. AS DUAS LÂMPADAS SE
ACENDEM
A CORRENTE ELÉTRICA
ESTÁ PASSANDO DE UM
ELETRODO DE PLATINA
PARA O OUTRO ATRAVÉS
DA ÁGUA.
A ÁGUA CONDUZ A
CORRENTE ELÉTRICA.
Tabela 1 - Resumo das principais observações da experiência desenvolvida por Nicholson e
Carlishe
NOTA:. A TODOS OS FENÔMENOS DESSE TIPO (CORRENTE ELÉTRICA
GERANDO REAÇÃO ELETROQUÍMICA), CHAMA-SE ELETRÓLISE.
1801 - Davy, estabeleceu uma relação entre o efeito elétrico e as reações químicas
que ocorrem numa célula eletrolítica e concluiu que existe uma dependência mútua.
1819 - Nos E.U.A cientistas observaram que uma chapa de ferro não reage com a
água, em temperatura ambiente, quando ambos estão puros. Mas uma vez que tenha
sido iniciado a reação por algum motivo, ela continuará só pela ação da água.
1826 - Davy, após várias experiências com células eletrolíticas, concluiu que:
Quando metais diferentes são colocados no interior de um eletrólito e unidos
eletricamente, a deterioração de um deles aumenta e a do outro é reduzida .
1827 - Becquerel, mostrou que é possível provocar reações, como as obtidas por
Nicholson e Carlishe, unindo-se metais e fluídos iguais, apenas com concentrações
iônicas diferentes nas soluções.
1833 -Faraday, realizou estudos quantitativos da eletrólise que culminaram com as
Leis de Faraday da Eletrólise.
1844 - Andrews, pela primeira vez mediu potenciais elétricos obtidos por reações
químicas que ocorrem na interface metal/solução.
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1.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS DE FARADAY
Com o propósito de facilitar a expressão de suas leis, Faraday adotou uma
nomenclatura para as células eletroquímicas similares as de Nicholson e Carlishe.
A nomenclatura adotada atualmente no estudo da eletroquímica, eletrólise, corrosão e
engenharia eletroquímica é derivada da criada por Faraday.
A seguir está descrita a nomenclatura hoje utilizada no estudo da eletroquímica:
a) ELETRODOS: São assim chamadas as partes metálicas que estão em contato com a
solução dentro de uma célula eletroquímica.
b) ÂNODOS: São os eletrodos pelo qual a corrente elétrica que circula numa célula
ENTRA na solução.
c) CÁTODOS: São os eletrodos pelo qual a corrente elétrica que circula numa célula
DEIXA a solução.
OBS. Lembrando que o sentido convencionalmente adotado para a corrente elétrica é o
sentido oposto ao da movimentação dos elétrons, ânodo e cátodo podem ser
redefinidos como segue:
ÂNODO: Eletrodo do qual SAEM os elétrons para o circuito externo da célula.
CÁTODO: Eletrodo no qual ENTRAM os elétrons através do circuito externo da
célula.
d) ELETRÓLITOS: São assim chamadas todas as soluções que CONDUZEM a corrente
elétrica.
OBS. A quantidade de eletrólito situada ao redor do ânodo é chamada de ANÓLITO e
ao redor do cátodo de CATÓLITO.
e) ÍONS: São assim chamadas as partículas carregadas que se movimentam na solução.
OBS. A palavra íon provém da literatura grega e significa viajante.
f) CÁTIONS: São os íons com carga POSITIVA.
g) ÂNIONS: São os íons com carga NEGATIVA.
OBS. Os íons são diferentes dos elétrons porque sua massa não é desprezível. Assim,
uma movimentação de íons além de movimentação de carga é também uma
movimentação de massa.
h) CÉLULA ELETROQUÍMICA: Todo sistema formado por um circuito externo que
conduza a corrente elétrica e interligue dois eletrodos que estejam separados e mergulhados
num eletrólito.
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O esquema da figura 2 representa uma célula eletroquímica genérica com a
nomenclatura descrita acima
Figura 2 - Representação esquemática de uma célula eletroquímica padrão, com a sua
nomenclatura.
1.3. TIPOS DE CONDUTORES E MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA ELETROQUÍMICA
Considerando apenas o tipo de carga que está em movimento no condutor, estes
podem ser classificados em:
Condutores de 1a espécie ou condutores eletrônicos;
Condutores de 2a espécie ou condutores iônicos.
1.3.1. CONDUTORES DE 1a ESPÉCIE OU CONDUTORES ELETRÔNICOS
São assim chamados todos os condutores em que as cargas que estão em movimento,
no interior dos condutores, são elétrons. Nesses condutores a passagem da corrente elétrica,
que se dá através da movimentação de elétrons, não provoca alterações químicas nem
estruturais. (figura 3)
CIRCUITO EXTERNO
i
e
Â
N
O
D
O
C
Á
T
O
D
O
FONTE
DE DDP
LEGENDA:
e = elétron
i = corrente elétrica
= ânion
= cátion
ELETRÓLITO
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Exemplos de condutores eletrônicos: Todos os metais e ligas metálicas, grafite,
silício, germânio etc.
Figura 3 - Representação esquemática de um condutor eletrônico.
1.3.2. CONDUTORES DE 2a ESPÉCIE OU CONDUTORES IÔNICOS
São assim chamados todos os condutores em que as cargas que estão em movimento,
no interior do condutor, são íons. Nesses condutores a passagem da corrente elétrica
provoca reações químicas nas interfaces eletrodo / solução.
Deve ser ressaltado que no interior dos condutores iônicos uma movimentação de
cargas está associada a uma movimentação de massa. (o íon não tem massa desprezível
como os elétrons).
Figura 4 - Representação esquemática da movimentação de cargas no interior de um
condutor iônico.
OBS. A transferência de cargas nas interfaces eletrodo / solução ocorre devido à
transferência de elétrons, através de reações eletroquímicas.
+ - + -
- + - +
+ - +
+ - -
i
GERADOR DE CORRENTE
CONTÍNUA
i i + -
CONDUTOR IÔNICO
i i
i
GERADOR DE CORRENTE
CONTÍNUA
e e e e
i
i
i i - +
CONDUTOR ELETRÔNICO
i
i
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1.3.3. MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA ELETROQUÍMICA
Conhecendo-se as cargas que estão em movimento nos condutores que constituem
uma célula eletroquímica, podemos representar esquematicamente esta movimentação, que
de maneira simbólica costuma ser representada por i , símbolo da corrente elétrica.
Figura 5 - Representação esquemática da movimentação de cargas numa célula
eletroquímica
CONCLUSÕES:
1. Numa célula eletroquímica os eletrodos são condutores eletrônicos e o eletrólito um
condutor iônico;
2. As reações que ocorrem na superfície dos eletrodos (interface eletrodo/solução) são
reações eletroquímicas e podem ser também chamadas de reações eletrodicas;
3. O sentido convencional da corrente elétrica i é adotado internacionalmente, como
sendo o sentido oposto ao da movimentação dos elétrons e igual ao da movimentação
dos cátions.
1.4. DEFINIÇÃO DO FENÔMENO ELETROQUÍMICA
O fenômeno da eletroquímica, a exemplo de outros, pode ser definido de diversas
maneiras, dependendo do enfoque que se deseja dar ao seu estudo. Entretanto, todas as
definições devem levar ao leitor o mesmo conceito.
ÂNODO
e
e
e
e
e
e
+ - + -
+ - - - -
+ + - -
- - + - -
+ -
- +
E L E T R Ó L I T O
GERADOR DE
C.C. + -
CÁTODO
e e
i
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As definições mais usuais da eletroquímica são:
DEFINIÇÃO TERMODINÂMICA: Eletroquímica é a ciência que estuda a
transformação da energia elétrica em energia química e vice - versa.
DEFINIÇÃO ELÉTRICA: Eletroquímica é a ciência que estuda a transferência de
cargas elétricas em interfaces do tipo eletrodo / solução.
DEFINIÇÃO QUÍMICA: Eletroquímica é a parte da química que estuda o transporte de
cargas elétricas em soluções e líquidos provenientes da fusão de sólidos de compostos
iônicos.
DEFINIÇÃO DE ENGENHARIA: Eletroquímica é a parte da engenharia que estuda as
reações eletródicas, ou seja, as reações que ocorrem nas interfaces eletrodo / solução.
1.5. TIPOS DE CÉLULAS ELETROQUÍMICAS
Dependendo do motivo que provocou a movimentação de cargas numa célula
eletroquímica, estas podem ser classificadas em dois tipos: células eletrolíticas ou pilhas.
1.5.1. CÉLULAS ELETROLÍTICAS
São assim chamadas as células eletroquímicas cuja movimentação de cargas na pilha
é provocada por uma fonte externa à pilha, como um gerador de corrente, um transformador
etc. Nesses casos, o sentido de movimentação de cargas na pilha é o IMPOSTO pela fonte
externa (figura 6).
Esse tipo de célula é utilizado para desenvolver o estudo dos conceitos básicos da
eletroquímica, no estudo da eletrólise, da eletrodeposição e do eletrorrefino.
1.5.2. PILHAS
São assim chamadas as células eletroquímicas em que, a movimentação de cargas é
gerada espontaneamente pela diferença de potencial NATURAL, existente entre os dois
eletrodos da célula. Nessas células o sentido de movimentação de cargas é ESPONTÂNEO
(figura 7).
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Este tipo de célula é o existente nos processos corrosivos e caracteriza-se,
principalmente por ser um fenômeno espontâneo.
Figura 6 - Esquema representativo de uma célula eletrolítica
Figura 7 - Esquema representativo de uma pilha.
e
e
e
e
e
e
+ - + - -
+ - - -
+ + - -
- - + - -
+ -
- +
E L E T R Ó L I T O
GERADOR DE
C.C. + -
CÁTODO ÂNODO
e e
i
FONTE EXTERNA O SENTIDO DA
MOVIMENTAÇÃO
DE CARGAS É
IMPOSTO
+ - -
- + - -
-
+ - + -
- +
- + -
- +
+ -
e
e
e
e
i
O SENTIDO DA
MOVIMENTAÇÃO DE
CARGAS É
ESPONTÂNEO. CÁTODO ÂNODO
e
e
e
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2. IMPORTÂNCIA E CUSTO DA CORROSÃO
Os processos corrosivos estão presentes em todos os locais e a todo instante da nossa
vida diária. Assim, a deterioração de automóveis, eletrodomésticos, estruturas metálicas,
instalações industriais etc, são problemas com os quais nos deparamos a todo instante.
Sendo a corrosão um processo espontâneo, poder-se-ia prever que a maioria dos
metais fosse imprópria à utilização industrial ou em outras atividades, como a medicina que
utiliza largamente metais na aplicação de implantes ou a odontologia que também necessita
deles na restauração de dentes. Essa utilização é, no entanto possível, graças ao
desenvolvimento de metais mais resistentes a determinados meios corrosivos ou ao
retardamento da velocidade das reações que se consegue, entre outros meios, pela aplicação
dos conceitos dos fenômenos de polarização e passivação que serão descritos neste
trabalho. Dessa maneira, a utilização dos metais torna-se segura e viável, técnica e
economicamente.
A deterioração dos metais pela corrosão pode causar perdas chamada diretas e
indiretas.
PERDAS DIRETAS: São os custos associados à reposição de equipamentos,
máquinas, estruturas ou peças danificadas, bem como os
danos causados a pessoas. Pode-se somar a esses custos, os
valores despendidos na busca de metais mais resistentes a
corrosão e métodos de proteção mais efetivos.
PERDAS INDIRETAS: São os custos provocados pelas conseqüências dos danos da
corrosão a partes não danificadas diretamente pela
corrosão, como a interrupção na operação de plantas
industriais, superdimensionamento de estruturas e
equipamentos e principalmente as perdas impostas à
sociedade e ao meio ambiente, devido a acidentes ou
vazamentos de produtos tóxicos ou inflamáveis.
Diversas estimativas de dinheiro perdido devido à corrosão metálica feita em vários
países mostra que a quantidade de material deteriorado pela corrosão varia de 15 a 25 % do
aço produzido no mundo, levando a um custo que corresponde a cerca de 4,0% do produto
bruto produzido industrialmente. A tabela 2 mostra uma comparação dos custos da corrosão
feita por revistas especializadas.
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No início dos anos 80, nos Estados Unidos, uma firma de combate a corrosão, com o
intuito de divulgar seus produtos, após uma consulta a laboratórios especializados, publicou
a frase: ENQUANTO VOCÊ ESTÁ LENDO ESTE CARTAZ, 760 KG. DE FERRO DE
SEUS BENS FORAM CORROÍDOS. A (nome da firma) PODE AJUDÁ-LO .
PAÍS ANO CUSTO EM
BILHÕES DE
DÓLARES
CUSTO
EVITÁVEL EM %
USA 75 70 15
INGLATERRA 70 32 23
BRASIL 78 CR$ 140 BILHÕES 20
BRASIL 80 CR$ 400 BILHÕES 20
BRASIL 81 CR$ 890 BILHÕES 20
OBS. Os custos chamados evitáveis se referem a valores que poderiam ter sido
poupados pela aplicação das técnicas conhecidas de combate a corrosão ou
utilização de materiais mais apropriados.
Tabela 2 - Custos da corrosão
A importância do estudo da corrosão está, portanto, consubstanciada em:
Manter a integridade física dos equipamentos e instalações industriais;
Garantir a máxima segurança operacional, evitando-se paradas operacionais não
programadas, lucros cessantes etc.
Garantir a máxima segurança industrial, evitando-se acidentes, problemas de
poluição etc.
Aumentar a vida útil dos metais pela escolha do material ou proteção anticorrosiva
mais adequado para uma determinada aplicação.
3. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA CORROSÃO
3.1. HISTÓRICO
A palavra CORROSÃO provém da palavra latina CORRODERE, cujo significado é
destruir rapidamente deixando uma superfície irregular, chega-se a essa conclusão
quando se procura a tradução da palavra CORRODERE, como mostra a figura 8.
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Figura 8 - Tradução da palavra latina CORREDERE.
Esta palavra CORRODERE foi traduzida para o Inglês como CORROSION e depois
trazida para a língua Portuguesa como CORROSÃO, palavra que nos dias atuais virou um
sinônimo genérico de destruição.
O estudo da corrosão envolve conhecimento de vários campos entre os quais pode-se
destacar:
- Eletroquímica
- Metalurgia
- Termodinâmica
- Físico - química
3.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS
CORROSÃO
Tudo no universo caminha ou tende para uma situação de menor energia. Por isso, os
metais encontram-se na natureza sob a forma de compostos, como óxidos, sulfetos etc. Esse
fato leva os metais beneficiados (purificados) a retornarem a sua forma original de óxidos
ou outro composto espontaneamente, quando expostos ao tempo.
Por exemplo: O Ferro quando exposto ao oxigênio e/ou meios aquosos se enferruja,
objetos de prata escurecem, enquanto que os de latão, ficam
esverdeados. Essas transformações são na verdade uma volta do metal
que foi beneficiado à sua origem. A isso se chama CORROSÃO.
CORRODERE
COR ROD ERE
CONSUMIR COMO RATO RAPIDAMENTE
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O estudo da CORROSÃO não se limita a responder porque ocorre, mas também se
preocupa com o desenvolvimento de metais e métodos de proteção que mantenham o metal
puro por maior tempo.
Com base nos conceitos iniciais expostos acima existem várias maneiras, mais
elegantes, de se definir o fenômeno CORROSÃO que dependem da formação de cada
observador:
- PARA QUÍMICOS: A corrosão pode ser definida como um processo de óxido-
redução, provocado pela diferença de
eletronegatividade dos elementos químicos.
- PARA MÉDICOS: A corrosão é uma doença incurável onde a única possibilidade
é se pesquisar métodos de prolongar a vida do
paciente (os metais).
- PARA O POVO EM GERAL: Popularmente a corrosão é definida como um
processo de deterioração.
- PARA OS METALURGISTAS: Corrosão é a reversão do processo de produção do
metal
(figura 9).
Figura 9 - Diferença entre metalurgia e corrosão.
No estudo do fenômeno CORROSÃO a definição considerada mais aceita é a
seguinte: CORROSÃO É A DETERIORAÇÃO DAS PROPRIEDADES ÚTEIS DE UM
METAL CAUSADO PELA AÇÃO QUÍMICA OU ELETROQUÍMICA DO MEIO AO
QUAL O METAL ESTÁ EXPOSTO.
A grande vantagem da definição acima é que esta não se preocupa apenas em definir
a corrosão, mas inclui na definição, também as condições de contorno que caracterizam a
deterioração por processos corrosivos, evitando que se confunda a corrosão com outros
tipos de deterioração, como a fadiga, fluência, erosão, sobrecarga, etc.
Por isso, a definição acima é a preferida quando se estuda o fenômeno da corrosão.
PROCESSO FORÇADO
PROCESSO ESPONTÂNEO
MINÉRIO ENERGIA METAL
+
METALURGIA
CORROSÃO
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COMPONENTES DA CORROSÃO
Para que ocorra um processo de corrosão é necessária a presença dos 6 componentes
descritos a seguir :
a) MEIO CORROSIVO: É assim chamado o meio que está em contato com a
superfície do metal que sofre a deterioração por corrosão. Este meio para provocar
a corrosão tem que ser um ELETRÓLITO. Em geral, quanto mais forte for esse
eletrólito maior será a tendência de corrosão do metal.
b) ÂNODO: O ânodo é o eletrodo ou parte de um eletrodo que sofre a deterioração
por corrosão. A particularidade do ânodo é que na sua interface com o meio
corrosivo ocorrem reações de perda de elétrons, também chamadas de reações de
oxidação ou simplesmente REAÇÕES ANÓDICAS.
c) CÁTODO: O cátodo é o eletrodo ou parte de um eletrodo que apenas ajuda o
ânodo a ser deteriorado. O cátodo não sofre corrosão, embora também esteja em
contato com o meio corrosivo. A particularidade do cátodo é que na sua interface
com o meio, ocorrem reações de consumo dos elétrons que procedem do ânodo,
também chamadas de reações de redução ou simplesmente REAÇÕES
CATÓDICAS.
d) LIGAÇÃO ELÉTRICA ENTRE OS ELETRODOS: No caso do ânodo e cátodo
serem mais do que um eletrodo, é imprescindível que ambos estejam ligados
eletricamente sem o que não ocorrerão as reações de corrosão.
e) LIGAÇÃO ELÉTRICA ENTRE MEIOS CORROSIVOS: No caso dos meios
corrosivos em contato com o ânodo e o cátodo não serem o mesmo, é necessário
uma união elétrica entre esses meios, o que normalmente é feito como a utilização
de uma ponte salina.
f) DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE ÂNODO E CÁTODO: Quando ânodo e
cátodo forem metais diferentes, normalmente, seus potenciais já serão diferentes;
mas quando forem os mesmo metais essa diferença de potencial é em geral de
origem microscópica, impossível de ser distinguida a olho nu ou algumas vezes
devido a um processo de transformação mecânica ou metalúrgica a qual o metal
tenha sido submetido.
4. FORMAS DA CORROSÃO
As formas de corrosão definem a aparência da superfície corroída. De acordo com
esse conceito, a corrosão pode ser dividida em três formas básicas:
4.1. CORROSÃO UNIFORME
A corrosão é chamada de uniforme quando a deterioração se processa
aproximadamente igual em toda a superfície exposta ao meio corrosivo (figura 10). Esta
forma de corrosão é comum em processos nos quais o produto de corrosão é solúvel no
meio ou quando não há formação de produto de corrosão.
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LEGENDA : e0 = espessura antes da exposição ao meio
ePC = espessura do produto de corrosão formado
eF = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão
PC = produto de corrosão
Figura 10 - Representação esquemática da corrosão uniforme.
OBS. Na corrosão uniforme a eF é aproximadamente igual em todos as partes do
metal que foi exposta ao meio.
4.2. CORROSÃO LOCALIZADA
A corrosão costuma ser chamada de localizada quando o desgaste da superfície
metálica exposta ao meio corrosivo é bem mais acentuado em algumas partes do que em
outras. Esta forma de corrosão costuma ser subdividida em duas outras, quando se levam
em consideração as dimensões dos locais de maior corrosão. Assim, quando os locais de
maior corrosão têm o aspecto de pequenas crateras, lembrando pequenas bacias rasas, a
corrosão é chamada de ALVEOLAR (figura 11), caso os locais de maior corrosão tenham
um aspecto de pequenas perfurações, lembrando furos de alfinete, a corrosão é chamada de
PITTING (figura 12).
ePC
METAL
ANTES DA EXPOSIÇÃO APÓS A EXPOSIÇÃO
e0
EXPOSIÇÃO
METAL
P C
METAL
PC
MEIO
CORROSIVO
MEIO NÃO
CORROSIVO
eF
ePC
eF
METAL
METAL
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LEGENDA : e0 = espessura antes da exposição ao meio
eF = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão sob o
alvéolo
eF1 = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão fora
do alvéolo
eF1 eF
OBS. só a superfície superior do metal foi exposta ao meio corrosivo.
Figura 11 - Representação esquemática da corrosão alveolar
METAL
ANTES DA EXPOSIÇÃO APÓS A EXPOSIÇÃO
e0 eF
PRODUTO DE
CORROSÃO
METAL eF1
ALVÉOLO
MEIO CORROSIVO
MEIO NÃO CORROSIVO
METAL
EXPOSIÇÃO
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LEGENDA : e0 = espessura antes da exposição ao meio
eF = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão sob
o pitting
eF1 = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão
fora do pitting
eF1 eF
Figura 12 - Representação esquemática da corrosão por pitting.
METAL
ANTES DA EXPOSIÇÃO APÓS A EXPOSIÇÃO
e0 eF
PRODUTO DE
CORROSÃO
METAL eF1
PITTING
MEIO CORROSIVO
MEIO NÃO CORROSIVO
METAL
EXPOSIÇÃO
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Com o objetivo de facilitar a diferenciação da corrosão alveolar da corrosão por
pitting, costuma-se adotar a relação entre a largura e a profundidade dos locais de maior
corrosão, como mostra o esquema da figura 13.
OBS. A corrosão alveolar pode se tornar generalizada em toda a superfície corroída
e ser confundida com a corrosão uniforme.
Figura 13 - Diferenciação entre alvéolo e pitting.
Na indústria, a corrosão costuma ser descrita pela avaliação da sua forma, intensidade
e extensão da área atingida, usando para cada um desses itens uma das alternativas da
tabela 3.
FORMA INTENSIDADE EXTENSÃO
UNIFORME LEVE DISPERSA
ALVEOLAR MÉDIA LOCALIZADA
PITTING SEVERA GENERALIZADA
Tabela 3 - Método usual de caracterização da corrosão na indústria.
Exemplos de aplicação da tabela 3:
- A tubulação apresenta uma corrosão interna por pitting, média e dispersa na geratriz
superior.
- O casco de um vaso de pressão apresenta uma corrosão interna, uniforme, leve e
localizada na geratriz inferior. A corrosão externa é alveolar, severa e generalizada
em toda a extensão do vaso.
A corrosão alveolar é mais comum em metais que não formam produto de corrosão
aderente quando expostos a meios que rompam a película protetora formada. (ex. corrosão
do aço carbono em água natural).
A corrosão por pitting é mais comum nos metais cujo produto de corrosão é aderente
à superfície metálica, quando expostos a meios que rompem a película formada pelo
produto de corrosão.(ex. corrosão do aço inoxidável em meios contendo cloretos).
L
P
METAL QUANDO L > 3P CORROSÃO ALVEOLAR
QUANDO L < 3P CORROSÃO POR PITTING
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4.3. CORROSÃO POR TRINCAS
Essa forma de corrosão se caracteriza por apresentar perda de espessura desprezível.
Em geral, a corrosão na forma de trincas está associada a um estado de tensões. (figura 14)
A trinca não é uma perda de espessura, mas sim um rompimento das forças de atração
atômica do metal que ocorrem na presença de meios corrosivos específicos associados a
tensões de tração.
5. TAXAS DE CORROSÃO
As taxas de corrosão expressam o desgaste verificado na superfície metálica. A
avaliação correta das taxas de corrosão é de grande importância na determinação da vida
útil de um equipamento, tubulação, uma estrutura metálica ou qualquer outra peça.
Os métodos usuais de determinação da taxa de corrosão são:
PERDA DE ESPESSURA POR UNIDADE DE TEMPO: Usada principalmente
em instalações industriais para avaliar o desgaste provocado pela corrosão
uniforme ou localizada em equipamentos, tubulações e outras peças utilizadas em
instalações industriais.
PERDA DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO:
Usada principalmente em experiências realizadas tanto em laboratório quanto no
campo, quando a corrosão for uniforme.
AUMENTO DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO:
Usada apenas para avaliar a corrosão de metais em alta temperatura nas
experiências de laboratório.
ANTES DA
EXPOSIÇÃO
METAL + TENSÃO
METAL
METAL
TENSÃO
METAL
MEIO CORROSIVO
METAL + TENSÃO + MEIO CORROSIVO
NADA OCORRE
U
APÓS A EXPOSIÇÃO
TRINCA
CRACKING
CORROSION
METAL
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OBS. 1. A trinca só pode ser dita causada por corrosão, quando o meio corrosivo é
preponderante para que ocorra a trinca.
2. A trinca pode apresentar-se muito pequena, sendo sua identificação
impossível a olho nu. Nesses casos são chamadas de microtrincas (trincas só visíveis com o auxílio de um microscópico).
3. A identificação de trincas é facilitada pela utilização de exames não
destrutivos, como: líquido penetrante e partículas magnéticas.
Figura 14 - Representação esquemática da corrosão na forma de trincas.
5.1. PERDA DE ESPESSURA POR UNIDADE DE TEMPO
A perda de espessura por unidade de tempo determina a taxa de penetração da
corrosão na superfície metálica, após um tempo determinado de exposição do metal ao
meio corrosivo. A taxa de corrosão deve ser calculada por frentes de ataque do meio à
superfície metálica e por tipo de meio. A expressão matemática usualmente aplicada para o
cálculo da taxa de corrosão como foi descrita acima é a seguinte:
ONDE: e0 = espessura do metal antes da exposição ao meio.
eF = espessura do metal após a exposição e após a remoção do produto de
corrosão.
t = tempo de exposição do metal ao meio.
T.C. = taxa de corrosão.
NOTA IMPORTANTE: Quando se medir o valor de eF não esquecer de isolar as
superfícies de ataque e o tipo de meio.
As unidades de medida normalmente utilizadas para expressar a taxa de corrosão
calculada da maneira acima são :
Os equipamentos utilizados para medir as espessuras no campo são:
- Ultra-som: pode ser usado quando se tem acesso tanto pelo lado interno ou externo
ao local que se deseja medir a espessura.
- milímetros de penetração por ano - mm / ano.
- polegadas de penetração por ano - ipy.
- milésimo de polegada de penetração por ano - mpy.
OBS. 1 ipy = 25,4 mm / ano e 1 ipy = 1000 mpy
T.C. = ( e0 - eF ) / t
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- Calibre mecânico: (tipo paquímetro, calibre com relógio etc.) utilizado apenas
quando se tem acesso a ambos os lados do local que se deseja
medir a espessura. (figura 15)
Figura 15 - Esquema de um calibre mecânico com relógio, utilizado para medição de
espessura quando existe acesso dos dois lados do local a ser medido.
NOTA IMPORTANTE: A quantificação da corrosão por perda de espessura na unidade
de tempo pode ser aplicada para qualquer forma de corrosão que
ocorra com perda de material.
5.2. PERDA DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO
A perda de peso por unidade área na unidade de tempo, determina a perda de metal
resistente, considerando que todas as superfícies do metal foram expostas ao meio
corrosivo; caso contrário esse método não pode ser utilizado. A expressão matemática
usualmente aplicada para a determinação dessa taxa de corrosão é:
ONDE : P0 = peso do metal antes da exposição ao meio.
PF = peso do metal após a exposição ao meio e a remoção do produto de
corrosão.
A0 = soma das áreas de todas as superfícies do metal expostas ao meio.
t = tempo de exposição do metal ao meio.
A unidade de medida utilizada na determinação dessa taxa de corrosão é:
- miligrama por decímetro quadrado por dia - mdd.
T.C. = ( P0 - PF ) / ( A0 . t )
RELÓGIO
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5.3. EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
1 EXERCÍCIO: Determine a taxa de corrosão dos metais A e B dos esquemas abaixo,
sabendo-se que foram expostos a meios corrosivos diferentes durante 10 anos. Qual dos
dois meios é mais agressivo, se os metais A e B forem exatamente iguais? (Medidas em
milímetros.)
RESOLUÇÃO
1. TAXA DE CORROSÃO DO METAL A
e0 = 40 mm
eF = 20 mm
t = 10 anos
2. TAXA DE CORROSÃO DO METAL B
e0 = 40 mm.
eF = 20 mm.
t = 10 anos.
T.C. = [ ( 40 - 20 ) / 10 ] / 2 = 1 mm / ano
OBS. A taxa de corrosão é dividida por dois, porque o metal sofreu
ataque pelos dois lados de sua superfície.
T.C. = ( 40 - 20 ) / 10 = 2 mm / ano
50
40
20
METAL A
PRODUTO DE
CORROSÃO
APÓS A EXPOSIÇÃO ANTES DA EXPOSIÇÃO
METAL B
20
40
30
20
PRODUTO DE
CORROSÃO
MEIO CORROSIVO
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3. MEIO MAIS AGRESSIVO
Considerando que os dois metais são idênticos o meio corrosivo ao qual o metal B
está exposto é duas vezes mais agressivo do que o outro meio, devido aos valores das taxas
de corrosão calculadas.
2 EXERCÍCIO: Um ensaio de laboratório com 3 materiais diferentes, mergulhados num
mesmo meio corrosivo, apresentou os resultados plotados no gráfico abaixo. Baseando-se
nessas curvas, responda o seguinte :
a) Quais as taxas de corrosão de cada um dos três metais em toda a experiência?
b) Qual o material apresentou menor e maior corrosão depois de decorridos 10 e 20 dias
de experiência?
DADOS: - Todos os materiais apresentaram corrosão uniforme.
- A soma das superfícies dos três metais expostos está na tabela abaixo.
MATERIAL ÁREA SUPERFICIAL
(em dm2)
1 10
2 25
3 15
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RESOLUÇÃO
1. Cálculo das taxas de corrosão
METAL TEMPO DE EXPOSIÇÃO
(dias)
PERDA DE PESO
(mg)
TAXA DE CORROSÃO
(mdd)
1 5
10
15
20
25
100
200
300
500
600
2
2
2
2,5
2,4
2 5
10
15
20
25
200
400
600
800
1000
1,6
1,6
1,6
1,6
1,6
3 5
10
15
20
25
300
400
400
400
500
4
2,6
1,7
1,3
1,3
2. MELHOR E PIOR METAL APÓS 10 E 20 DIAS DE EXPOSIÇÃO
Melhor, após 10 dias = é o metal 2 , taxa de corrosão de 1,6 mdd
Melhor, após 20 dias = é o metal 3 , taxa de corrosão de 1,3 mdd
Pior, após 10 dias = é o metal 3 , taxa de corrosão de 2,6 mdd
Pior, após 20 dias = é o metal 1 , taxa de corrosão de 2,5 mdd
5.4. CLASSIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO À TAXA DE CORROSÃO
Após uma grande quantidade de avaliações de equipamentos e instalações industriais
deteriorados por corrosão, a NACE (National Association of Corrosion Engineers)
construiu a tabela 4, com a finalidade de orientar os usuários sobre a partir de que valores
de taxa de corrosão passa a ser econômico a alteração do material.
TAXA DE CORROSÃO
(mm / ano)
RESISTÊNCIA À
CORROSÃO
OBSERVAÇÃO
até 0,051 EXCELENTE Excelente resistência
0,052 a 0,25 BOA Boa resistência
0,26 a 0,50 MÉDIA Resistência satisfatória
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TAXA DE CORROSÃO
(mm / ano)
RESISTÊNCIA À
CORROSÃO
OBSERVAÇÃO
0,51 a 1,25 BAIXA Estudar a viabilidade econômica de
substituir o material
acima de 1,26 MUITO BAIXA Substituir o material
Tabela 4 - Relação entre taxa de corrosão e resistência à corrosão.
6. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS CORROSIVOS
Os processos corrosivos são classificados em função do estado físico do meio
corrosivo. Considerando que os estados físicos possíveis da natureza são três: sólido,
líquido e gasoso e que no estado sólido a condutividade é muito baixa, tornando a corrosão
praticamente desprezível em relação a outros meios de deterioração, a corrosão costuma ser
classificada em: corrosão úmida ou seca.
6.1. CORROSÃO ÚMIDA
São assim chamados os processos de corrosão que ocorrem quando o meio corrosivo
está no estado líquido. Nesses casos, o mecanismo da corrosão é de natureza eletroquímica.
A corrosão úmida é a principal causa de deterioração de equipamentos, instalações
industriais e utensílios de uso popular. Cerca de 80% dos casos de deterioração por
corrosão são de natureza eletroquímica, o que explica a grande influência da eletroquímica
no estudo da corrosão.
A deterioração por corrosão úmida caracteriza-se basicamente por:
Realizar-se necessariamente na presença de meio líquido;
Ocorrer em temperatura abaixo do ponto de orvalho1 ;
Estar associada, a formação de uma pilha.
Como a grande maioria dos meios líquidos, que são corrosivos, têm como solvente a
água, a corrosão úmida é algumas vezes chamada de corrosão em meio aquoso.
Mostrando que a corrosão úmida é realmente a mais observada, seguem-se alguns
exemplos:
1. A corrosão da chaparia dos automóveis e outros meios de transporte;
2. A corrosão de eletrodomésticos;
3. A corrosão externa de oleodutos aéreos;
1Ponto de orvalho = temperatura em que o ar úmido se torna saturado em vapor d’água, quando resfriado sob
pressão constante.
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4. A corrosão externa de vasos de pressão que operam em temperatura abaixo do
ponto de orvalho da água;
5. A corrosão interna do costado de um tanque que armazena solução aquosa de
sulfato de cobre;
6. A corrosão interna de uma tubulação que transporta ácido sulfúrico diluído;
etc.
OBS. Considere em todos os casos acima, que o metal exposto ao meio é o aço
carbono.
6.2. CORROSÃO SECA
São assim chamados os processos de corrosão que ocorrem quando o meio corrosivo
está no estado gasoso. Esses processos são muitas vezes denominados de corrosão em alta
temperatura.
A natureza da corrosão química é considerada pela maioria dos autores como sendo
química e não eletroquímica. Esses processos de corrosão não têm tanto interesse porque
em temperaturas elevadas (acima de 400C ) a perda de propriedades dos metais por outros
motivos é mais importante. Assim, apenas cerca de 10 % dos casos de deterioração na
indústria são devidas as corrosões secas. Podemos destacar duas situações onde a corrosão
seca é de grande importância: na deterioração de tubos de fornos e casco de vasos de
pressão que operam acima de 420C.
A corrosão seca caracteriza-se basicamente por:
O meio corrosivo está sempre na forma de um gás;
Ocorrer em temperaturas elevadas, sempre acima do ponto de orvalho da água;
Em geral, existe uma interação direta entre o metal e algum agente presente no
meio, normalmente o oxigênio.
Como na grande maioria dos casos de corrosão seca o oxigênio é o principal agente
corrosivo, esse processo é muitas vezes chamado de OXIDAÇÃO (o termo oxidação
aqui usado não significa perda de elétrons, mas sim uma reação direta do metal com o
oxigênio).
7. MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO.
7.1. INTRODUÇÃO.
A corrosão úmida, de natureza eletroquímica, é um processo que na grande maioria
das vezes, se realiza na presença da água e em temperatura próxima da ambiente, com a
formação de pilhas.
Relembrando os conceitos fundamentais da eletroquímica descritos anteriormente,
uma pilha é constituída de seis elementos:
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ÂNODO: Metal ou parte do metal que é deteriorado pela corrosão.
CÁTODO: Metal ou parte do metal que junto com o meio corrosivo possibilitam a
corrosão do ânodo.
MEIO CORROSIVO: Eletrólito que esteja em contato com o ânodo e cátodo.
LIGAÇÃO ELÉTRICA ENTRE ÂNODO E CÁTODO: União elétrica entre
ânodo e cátodo, que pode ser um condutor eletrônico (fio elétrico), quando eles
estiverem separados; pela própria superfície dos metais, quando eles estiverem
juntos ou pelas ligações interatômicas quando ânodo e cátodo forem o mesmo
eletrodo.
DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE ÂNODO E CÁTODO: A diferença de
atividade química entre os metais ou partes deles.
UNIÃO ENTRE MEIOS CORROSIVOS: União elétrica entre os meios que estão
em contato com ânodo e cátodo.
Exemplos de pilha de corrosão:
1O EXEMPLO: Pilha de corrosão onde ânodo e cátodo são eletrodos diferentes.
ELETRÓLITO
i
e
e
e
e
O esquema ao lado representa uma
pilha para estudo. Na prática, o
esquema pode estar representando uma
pilha de corrosão formada por uma
tubulação de aço carbono com uma
válvula de cobre, através da qual
circula água natural. Fe+2
H
+
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2O EXEMPLO: Pilha de corrosão onde ânodo e cátodo são partes diferentes de um mesmo
eletrodo.
7.2. REAÇÕES DA CORROSÃO
A identificação das reações que ocorrem num processo corrosivo pode ser mais
facilmente determinada pelas observações e explicações das quatro experiências mostradas
a seguir.
1a EXPERIÊNCIA: Mergulhar uma chapa de aço carbono ( ex. SAE 1020 ) em
solução aquosa de ácido clorídrico a 20 % em volume.
AÇO
CARBONO SUPERFÍCIE
DO
AÇO COM
SINAIS DE
CORROSÃO
(PERDA DE PESO E
ESCURECIMENTO
DA SUPERFÍCIE)
SUPERFÍCIE
METÁLICA
REMOVIDA DO
MEIO, APÓS
ALGUM TEMPO
DE EXPOSIÇÃO. HCl + H2O
Fe+2
ÂNODO CÁTODO e
Fe+2
X+
AÇO CARBONO
O esquema representa uma pilha
de corrosão para estudo. Na
prática, o esquema pode estar
representando a corrosão
atmosférica da carroceria de um
automóvel.
ELETRÓLITO
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OBSERVAÇÕES EXPLICAÇÃO CORRESPONDENTE
1. ESCURECIMENTO DA
SUPERFÍCIE DO METAL
EXPOSTA AO MEIO.
2. PERDA DE PESO NA PARTE DO
METAL EXPOSTA AO MEIO.
3. APARECIMENTO DE ÍONS DE
FERRO NA SOLUÇÃO.
NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO
OCORREM REAÇÕES QUÍMICAS COM
DISSOLUÇÃO DO AÇO (Fe) E COMO
CONSEQÜÊNCIA DESPRENDIMENTO DE
ELÉTRONS. REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:
Fe Fe+2
+ 2e
4. BORBULHAMENTO AO
REDOR DA SUPERFÍCIE DA
CHAPA EM CONTATO COM O
MEIO.
5. REDUÇÃO DA QUANTIDADE
DE ÍONS H+ NA SOLUÇÃO.
(AUMENTO DO pH DA
SOLUÇÃO).
NA INTERFACE METAL / SOLUÇÃO
OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS COM
TRANSFORMAÇÃO DE ÍONS HIDROGÊNIO
EM MOLÉCULAS DE HIDROGÊNIO. REAÇÃO
MAIS PROVÁVEL: 2H+2
+ 2e H2
2a EXPERIÊNCIA: Mergulhar uma chapa de uma liga de alumínio Numa solução
aquosa de ácido clorídrico a 20 % em volume.
ALUMÍNIO
SUPERFÍCIE
DO
ALUMÍNIO COM
SINAIS DE
CORROSÃO
( PERDA DE PESO E
ESCURECIMENTO
DA SUPERFÍCIE )
SUPERFÍCIE
METÁLICA
REMOVIDA DO
MEIO, APÓS
ALGUM TEMPO
DE EXPOSIÇÃO. HCl + H2O
Al+3
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OBSERVAÇÕES EXPLICAÇÃO CORRESPONDENTE
1. ESCURECIMENTO DA
SUPERFÍCIE DO METAL
EXPOSTA AO MEIO.
2. PERDA DE PESO NA PARTE
DO METAL EXPOSTA AO MEIO.
3. APARECIMENTO DE ÍONS DE
ALUMÍNIO NA SOLUÇÃO.
NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO
OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS COM
DISSOLUÇÃO DO ALUMÍNIO (Al) E COMO
CONSEQÜÊNCIA, DESPRENDIMENTO DE
ELÉTRONS. REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:
Al Al+3
+ 3e
4. BORBULHAMENTO AO
REDOR DA SUPERFÍCIE DA
CHAPA EM CONTATO COM O
MEIO.
5. REDUÇÃO DA QUANTIDADE
DE ÍONS H+ NA SOLUÇÃO.
(AUMENTO DO pH DA
SOLUÇÃO).
NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO
OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS COM
TRANSFORMAÇÃO DE ÍONS HIDROGÊNIO
EM MOLÉCULAS DE HIDROGÊNIO.
REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:
2H+2
+ 2e H2
3a EXPERIÊNCIA: Mergulhar a mesma chapa de aço carbono da 1
a experiência em
água natural.
AÇO
CARBONO SUPERFÍCIE
DO
AÇO CARBONO
COM
SINAIS DE
CORROSÃO
( PERDA DE PESO E
ESCURECIMENTO
DA SUPERFÍCIE )
SUPERFÍCIE
METÁLICA
REMOVIDA DO
MEIO, APÓS
ALGUM TEMPO
DE EXPOSIÇÃO. H2O + O2
Fe+2
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OBSERVAÇÕES EXPLICAÇÃO CORRESPONDENTE
1. ESCURECIMENTO DA
SUPERFÍCIE DO METAL EXPOSTA
AO MEIO.
2. PERDA DE PESO NA PARTE DO
METAL EXPOSTA AO MEIO.
3. APARECIMENTO DE ÍONS DE
FERRO NA SOLUÇÃO.
NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO
OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS COM
DISSOLUÇÃO DO AÇO (Fe) E COMO
CONSEQÜÊNCIA, DESPRENDIMENTO DE
ELÉTRONS. REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:
Fe Fe+2
+ 2e
4. REDUÇÃO DA QUANTIDADE
DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO NA
ÁGUA.
5. AUMENTO DA QUANTIDADE
DE ÍONS OH- NA SOLUÇÃO
(AUMENTO DA ALCALINIDADE
DA SOLUÇÃO ).
NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO
OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS COM
TRANSFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS DE
ÁGUA E OXIGÊNIO EM ÍONS OH-. REAÇÃO
MAIS PROVÁVEL: H2O + ½ O2 + 2e 2 OH-
4a EXPERIÊNCIA: Mergulhar a mesma chapa de uma liga de alumínio da 2
a
experiência em água natural.
ALUMÍNIO
SUPERFÍCIE
DO
ALUMÍNIO COM
SINAIS DE
CORROSÃO
(PERDA DE PESO E
ESCURECIMENTO
DA SUPERFÍCIE)
SUPERFÍCIE
METÁLICA
REMOVIDA DO
MEIO, APÓS
ALGUM TEMPO
DE EXPOSIÇÃO. H2O + O2
Al+3
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OBSERVAÇÕES EXPLICAÇÃO CORRESPONDENTE
1. ESCURECIMENTO DA
SUPERFÍCIE DO METAL EXPOSTA
AO MEIO.
2. PERDA DE PESO NA PARTE DO
METAL EXPOSTA AO MEIO.
3. APARECIMENTO DE ÍONS DE
ALUMÍNIO NA SOLUÇÃO.
NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO
OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS
COM DISSOLUÇÃO DO ALUMÍNIO
(Al) E COMO CONSEQÜÊNCIA,
DESPRENDIMENTO DE ELÉTRONS.
REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:
Al Al+3
+ 3e
4. REDUÇÃO DA QUANTIDADE DE
OXIGÊNIO DISSOLVIDO NA ÁGUA.
5. AUMENTO DA QUANTIDADE DE
ÍONS OH- NA SOLUÇÃO (AUMENTO
DA ALCALINIDADE DA SOLUÇÃO).
NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO
OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS
COM TRANSFORMAÇÃO DE
MOLÉCULAS DE ÁGUA E OXIGÊNIO
EM ÍONS OH-. REAÇÃO MAIS
PROVÁVEL: H2O + ½ O2 + 2e 2OH-
CONSTATAÇÕES E CONCLUSÕES DERIVADAS DAS QUATRO
EXPERIÊNCIAS ACIMA:
1a CONSTATAÇÃO: Comparando-se as explicações das experiências 1 e 3
verificamos que nas chapas de aço carbono expostas a meios
corrosivos diferentes ocorreu a mesma reação de dissolução
do aço carbono : Fe Fe+2
+ 2e
2a
CONSTATAÇÃO: Comparando-se as explicações das experiências 2 e 4
verificamos que na liga de alumínio exposta a meios
corrosivos diferentes ocorreu a mesma reação de dissolução
do alumínio : Al Al+3
+ 3e
3a CONSTATAÇÃO: Comparando-se as explicações das experiências 1 e 2
verificamos que para um mesmo meio corrosivo ( ácido
clorídrico diluído ), embora com a corrosão de metais
diferentes, ocorreu a mesma reação de consumo de elétrons :
2H+ + 2e H2
4a CONSTATAÇÃO: Comparando-se as explicações das experiências 3 e 4
verificamos que para um mesmo meio corrosivo (água
natural), embora com a corrosão de metais diferentes, ocorreu
a mesma reação de consumo de elétrons :
H2O + ½ O2 2 OH-
Com base nas quatro constatações acima, podemos tirar as seguintes conclusões sobre
a forma genérica das reações que ocorrem num processo corrosivo:
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1a CONCLUSÃO: Em todo processo corrosivo ocorre sempre uma reação de
dissolução do metal que está exposto ao meio, e essa reação
independe dos constituintes do meio corrosivo, ela só depende da
composição química do metal. A reação de dissolução do metal
(CORROSÃO) é uma reação que ocorre com perda de elétrons,
sendo por isso chamada de REAÇÃO ANÓDICA.
2a CONCLUSÃO: Em todo processo corrosivo ocorre uma reação de consumo de
elétrons. Esta reação, independe da composição química da liga
metálica que está sofrendo corrosão, dependendo apenas dos
constituintes presentes no meio corrosivo. Essas reações são
chamadas de REAÇÕES CATÓDICAS porque ocorrem com
consumo de elétrons.
A REAÇÃO ANÓDICA DE QUALQUER PROCESSO
CORROSIVO SERÁ SEMPRE UMA REAÇÃO DO TIPO
M M+n
+ ne
Onde: M = símbolo do elemento químico majoritário na
composição química do metal.
M+n
= símbolo do cátion do elemento químico M.
n = número de oxidação do metal M.
e = elétron.
A REAÇÃO CATÓDICA DE QUALQUER PROCESSO CORROSIVO
SERÁ SEMPRE UMA REAÇÃO DO TIPO
X+n
+ ne X
onde : X+n
= símbolo do cátion com prioridade de descarga presente no
meio.
Xo = símbolo do átomo do cátion descarregado.
n = número de elétrons descarregados.
e = elétron.
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3a
CONCLUSÃO: Como o sistema não fica eletricamente carregado durante ou após
o processo de corrosão é lógico que a quantidade de cargas
desprendidas na reação anódica tem que ser exatamente igual a
quantidade de cargas consumidas na reação catódica, ou seja,
NUM PROCESSO CORROSIVO AS QUANTIDADES DE
REAÇÕES ANÓDICAS E CATÓDICAS SÃO IGUAIS.
As três conclusões acima formam a base do mecanismo eletroquímico de qualquer
processo corrosivo. Com esses conhecimentos, podemos identificar sem muita dificuldade
as reações básicas da maioria dos processos de corrosão.
7.3. PRINCIPAIS REAÇÕES CATÓDICAS
Como foi descrita acima, a reação catódica depende dos constituintes do meio
corrosivo, independendo da composição química da liga metálica exposta ao meio. Em
vista desse fato, para facilitar a identificação das reações catódicas mais prováveis, foram
feitas diversas experiências fixando-se basicamente duas das variáveis que têm maior
interferência na definição da reação catódica. Essas variáveis são o pH e a quantidade de
oxigênio dissolvido no meio. A intenção é que conhecendo-se essas duas variáveis seja
possível a identificação, de pelo menos uma, das reações catódicas do meio.
A seguir estão descritas as reações catódicas mais prováveis dos meios com base no
pH e concentração de oxigênio dissolvido no meio:
1. MEIO ÁCIDO SEM AERAÇÃO
- Características básicas: pH 7 e quantidade de oxigênio dissolvido no meio é
desprezível.
- Reação básica: 2H+
+ 2e H2
- Nome usual da reação: evolução do hidrogênio.
2. MEIO ÁCIDO AERADO
- Características básicas: pH 7 e quantidade de oxigênio dissolvido suficiente
para influenciar no processo.
- Reação básica: 2H+
+ ½ O2 + 2e H2O
- Nome usual da reação: redução do oxigênio à formação de água.
3. MEIO AQUOSO
- Características básicas: pH = 7 e quantidade de oxigênio dissolvido suficiente
para influenciar no processo.
Nota: A quantidade de oxigênio normalmente dissolvido
em qualquer meio aquoso com pH = 7 é suficiente para
influenciar no processo corrosivo.
- Reação básica: 2 H2O + 4e + O2 4 OH-
- Nome usual da reação: redução do oxigênio à formação de oxidrila.
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4. MEIOS COM ÍONS ÓXIDANTES:
- Características básicas: a presença de íons no estado oxidado.
Nota: íon oxidado é o cátion de maior número de
oxidação de um elemento que pode ter mais de um Nox (
ex. Fe +3
é um íon oxidado e Fe+2
é um íon reduzido do
elemento Fe ).
- Reação básica: Nesses caso vão ocorrer pelo menos duas ou mais reações que
serão a reação básica do meio em função do pH e quantidade de
O2 dissolvido no meio e a reação de descarga do íon oxidado
presente.
Exemplo: meio ácido sem aeração com íons férrico.
reações catódicas prováveis : 2H+ + 2e H2
Fe+3
+ 1e Fe+2
Obs. Como haverá mais reações catódicas, existe a possibilidade de
maior consumo de elétrons, portanto haverá maior quantidade de
reação anódica, que é a produtora dos elétrons, isto significa
MAIOR CORROSÃO.
5. MEIOS COM CÁTIONS DE METAIS NOBRES OU METAIS COMUNS
São chamados de metais nobres ou metais comuns todos os metais que quando em
meio aquoso tem prioridade de descarga sobre o hidrogênio. Praticamente esses
metais são identificados como todos os metais que na classificação periódica dos
elementos químicos não pertencem aos grupos 1A (metais alcalinos) ou 2A (metais
alcalinos terrosos). A única exceção é o alumínio, que embora esteja no grupo 3A
também não tem prioridade de descarga sobre o hidrogênio.
Ter prioridade de descarga sobre o hidrogênio significa que a reação catódica do
meio será uma reação de redução desses íons do metal nobre ou comum,
independente do pH e quantidade de O2 dissolvido no meio, enquanto existir
dissolvido no meio, quantidade de íons do metal suficiente para reagir. Quando a
quantidade de íons do metal no meio for baixa, as reações catódicas serão as definidas
acima em função do pH e quantidade de oxigênio dissolvido no meio.
Exemplo: Uma solução aquosa de sulfato de cobre.
- reação catódica: Como o Cu é um metal comum a reação catódica será
Cu+2
+ 2e Cu ( essa seta significa que o
átomo de Cu
produzido será
depositado sobre a
superfície metálica. )
Obs. Quando o cobre for totalmente consumido a reação catódica
passará a ser a reação catódica de meio aquoso já mostrada
acima.
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6. MEIOS COM ÁCIDO OXIDANTES
São chamados de ácidos oxidantes aqueles em que o íon reduzido, não é o
hidrogênio, mas sim o elemento central da fórmula química do ácido.
Exemplo: Os ácidos nítricos concentrados e sulfúricos acima de 60% em volume
terão as seguintes reações catódicas.
HNO3 conc. NO3 + 1e NO2
H2SO4 (acima de 60 %) SO4 - 2
+ 2e SO2
OBS. Muitos meios corrosivos são uma soma das situações descritas. Assim, terão
mais do que uma reação catódica e provocará maior corrosão.
7.4. EXEMPLOS DE IDENTIFICAÇÃO DAS REAÇÕES BÁSICAS EM PROCESSOS CORROSIVOS
Identifique as reações básicas do processo corrosivo formado pelas seguintes pilhas
de corrosão:
a) Aço carbono em meio ácido aerado;
b) Zinco em meio aquoso;
c) Alumínio em solução de sulfato de cobre;
d) Estanho em meio ácido sem aeração.
RESOLUÇÃO
SITUAÇÃO REAÇÃO ANÓDICA REAÇÃO CATÓDICA
AÇO + MEIO ÁCIDO
AERADO Fe Fe
+2 + 2e 2H
+ + ½ O2 + 2e H2O
ZINCO + MEIO
AQUOSO Zn Zn
+2 + 2e H2O + ½ O2 + 2e 2 OH
-
ALUMÍNIO + CuSO4 Al Al+3
+ 3e Cu+2
+ 2e Cu
ESTANHO + MEIO
ÁCIDO SEM AERAÇÃO Sn Sn
+2 + 2e 2H
+ + 2e H2
8. NOÇÕES SOBRE METALURGIA
Neste capítulo, serão descritas algumas noções de metalurgia para que se possa
entender como e porque ocorrem os processos corrosivos. Como os metais mais afetados
pela corrosão são as ligas ferrosas, o exposto a seguir dará maior destaque para as
caraterísticas e o processo de fabricação do aço, principal liga ferrosa.
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8.1. DEFINIÇÕES
- LIGA FERROSA: São assim chamadas, todas as ligas metálicas cujo principal
componente seja o elemento químico ferro.
- AÇO CARBONO: São assim chamadas, todas as ligas ferrosas que contenham na
sua composição química um teor de carbono entre 0,008 e 2,06
% e as impurezas descritas abaixo, dentro dos limites
especificados:
Fósforo: entre 0,04 e 0,10 %
Enxofre: até 0,06 %
Manganês: entre 0,25 e 1,0 %
Silício: entre 0,05 e 0,3 %
Al, H, O, N: traços
- FERRO FUNDIDO: São assim chamadas, todas as ligas ferrosas que contenham na
sua composição química um teor de carbono entre 2,06 e 6,7
% e as impurezas descritas abaixo, dentro dos limites
especificados:
Fósforo: entre 0,04 e 0,10 %
Enxofre: até 0,06 %
Manganês: entre 0,25 e 1,0 %
Silício: entre 1,0 e 2,8 %
Al, H, O, N: traços
- AÇO LIGA: São assim chamadas, todas as ligas ferrosas que contenham na sua
composição química os mesmos teores de carbono e impurezas do
aço carbono, mais a presença de outros elementos químicos,
chamados de ELEMENTOS DE LIGA.
- AÇO INOXIDÁVEL: São assim chamados, os aços liga em que pelo menos um dos
elementos de liga presentes na composição químicos do aço
seja o CROMO com um teor acima de 12%. Os aços
inoxidáveis são classificados em função da sua
microestrutura cristalina predominante, assim podemos ter:
aços inoxidáveis austeníticos microestrutura
austenítica.
aços inoxidáveis ferríticos microestrutura ferrítica
aços inoxidáveis martensíticos microestrutura
martensítica.
- LIGAS NÃO FERROSAS: São assim chamadas, todas as ligas metálicas em que o
principal elemento químico na composição da liga não
seja o Ferro, embora este possa participar da
composição da liga, mas não como elemento
preponderante.
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- IMPUREZAS: São assim chamados, todos os elementos químicos indesejáveis que
aparecem na composição química da liga metálica.
8.2. PROCESSO SIMPLIFICADO DA FABRICAÇÃO DO AÇO
Basicamente a produção do aço é feita em 4 etapas, como descrito a seguir:
1a ETAPA: Preparação da matéria prima para o alto - forno.
- COQUERIA: Remove os gases do carvão transformando-o em coque
metalúrgico. Este coque será o agente redutor do ferro quando
no alto - forno. Sua queima vai liberar calor para a fusão do
minério de ferro.
- SINTERIZAÇÃO: O minério de ferro é calcinado e transformado em esferas de
dimensões controladas e porosas. Esse produto é chamado de
SINTER.
2a ETAPA: Produção da GUSA no alto forno a partir da matéria prima preparada na
coqueria e sinterização.
COQUE + SINTER + CALCÁRIO + EL. DE LIGA (se for o caso)
GÁS QUE SERÁ UTILIZADO PARA
PRÉ-AQUECER O AR A SER INJETADO
NO ALTO-FORNO.
FERRO GUSA A ˜ 1200C PARA REFINO
AR PRÉ-
AQUECIDO
A ˜ 900C
ESCÓRIA QUE SERÁ USADA NA FABRICAÇÃO DE CIMENTO
ALTO - FORNO
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3a ETAPA: Produção do aço através do refino do ferro-gusa. Esta etapa pode ser feita
pelos processos de lingotamento ou fundição.
O refino consiste em reduzir os elementos químicos do ferro-gusa aos
teores especificados. As principais reações químicas que ocorrem no
refino são:
- REAÇÕES DE REMOÇÃO DO OXIGÊNIO DO MEIO LÍQUIDO:
C C + ½ O2 CO
Si Si + O2 SiO2 ( escória )
Mn Mn + ½ O2 MnO ( escória )
S S + O2 SO2
- REAÇÃO DE REMOÇÃO DO ÓXIDO DE FERRO:
P 2P + 5 FeO + 4CaO 4 CaO.P2O5 (escória) + 5 Fe
4a ETAPA: Conformação do aço sólido para as dimensões desejadas. Nessa etapa o
método a ser empregado, depende do produto desejado. Por exemplo
:
PRODUTO DESEJADO MÉTODO DE CONFORMAÇÃO
CHAPA LAMINAÇÃO
TUBO EXTRUSÃO
VÁLVULA FORJARIA
PEÇAS ACABADAS FUNDIÇÃO
FLANGE FORJARIA
PRODUTO
AÇO DENTRO DA
COMPOSIÇÃO
QUÍMICA
DESEJADA.
AÇO LÍQUIDO
GÁS GÁS
O2
LINGOTEIRA
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8.3. PRINCIPAIS HETEROGENEIDADES DOS AÇOS
Devido a várias causas oriundas do processo de fabricação, praticamente todo aço na
forma fundida e antes de ser trabalhado (laminado, extrudado, forjado etc.), contém maior
ou menor quantidade de heterogeneidades. As principais heterogeneidades dos aços são:
vazios, segregações, dendritas, bolhas etc.
a) VAZIOS: Como resultado de uma velocidade de resfriamento diferente do metal
líquido, acabam ocorrendo vazios no interior dos metais após sua total
solidificação. Principalmente porque o metal quando passa do estado
líquido para o estado sólido diminui de volume, como mostra o
esquema da figura 16.
FRENTES DE SOLIDIFICAÇÃO
METAL
LÍQUIDO
METAL
LÍQUID
O
METAL SOLIDIF.
VAZIO
METAL SOLIDIF.
ÚLTIMA PARTE
DO METAL A
SOLIDIFICADAR-
SE
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Figura 16 - Formação de vazios durante a solidificação do metal.
b) SEGREGAÇÃO: Todo metal se solidifica por último numa região mais central
devido à ação das frentes de solidificação já mostradas. Como
o meio líquido tem maior solubilidade do que o meio sólido, o
metal vai se solidificando e as impurezas existentes na fase
líquida vão sendo empurradas para a parte do metal que ainda
está líquida, logo ficarão retidas na última parte a se
solidificar do metal, que é a região vizinha ao vazio.
c) DENDRITAS: Todo metal se solidifica através da formação de pequenos cristais
que crescem competitivamente a partir das laterais da lingoteira
(frentes de solidificação ou de resfriamento), até se encontrarem
e completar a solidificação. Esses cristais formados se
assemelham a ramificação de uma árvore (dendron em grego),
por isso chama-se de DENDRITAS. Assim, um metal no seu
estado bruto de fusão (antes de ser trabalhado), apresenta uma
estrutura dendrítica.
d) BOLHAS: São cavidades cheias de gases que dissolvidos no metal líquido não
conseguem escapar durante a solidificação do metal e ficam retidos no
seu interior, junto com os vazios e segregações. Os principais gases
que ficam retidos são: hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, sendo este
último o mais danoso por ser um gás ativo (reage com outros
elementos químicos presentes no metal líquido, formando óxidos).
As bolhas são reduzidas com o uso de elementos chamados de
desoxidantes (Fe-Si, Fe-Mn, e Al), que são introduzidos na 3a etapa de
fabricação do aço e reage com o nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e até
com alguns outros elementos indesejáveis como o fósforo e o enxofre,
formando compostos que vêm a superfície do metal, quando este ainda
está líquido e podem ser eliminados.
As bolhas podem também ser eliminadas por trabalho mecânico (tipo
laminação, forjaria etc.), através de novo caldeamento de suas
superfícies.
VAZIO LOCALIZAÇÃO
DA SEGREGAÇÃO
METAL SOLIDIFICADO
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8.4. ESTRUTURA DOS METAIS
Uma molécula tem uma regularidade estrutural, porque as ligações covalentes determinam
um número específico de vizinhos para cada átomo e a orientação no espaço dos mesmos.
Portanto, uma repetição deve existir ao longo de um polímero linear. A maioria dos
materiais de interesse de engenharia tem arranjos atômicos, que também dão repetições nas
três dimensões de uma unidade básica. Tais estruturas são denominadas CRISTAIS.
A maior parte dos metais tem uma estrutura formada a partir de células de cristais
cúbicos. Como a solidificação dos metais ocorre em várias direções diferentes, os cristais
que formam um metal terão várias orientações. Os cristais individuais são chamados de
GRÃOS. A forma do grão em um sólido é controlada pela presença dos grãos
circunvizinhos. No interior de cada grão, todos os átomos estão arranjados segundo um
único modelo e uma única orientação, caracterizada pela célula unitária. Entretanto, no
CONTORNO DO GRÃO entre dois grãos adjacentes, há uma zona de transição, a qual não
está alinhada com nenhum dos grãos.
A diferença de orientação dos grãos adjacentes produz um empacotamento dos
átomos localizados no contorno de grão menos eficiente. Dessa forma, os átomos ao longo
do contorno têm uma energia mais elevada que aqueles do interior dos grãos. Isto justifica a
menor resistência à corrosão dessas regiões da estrutura cristalina dos metais.
9. MICROPLHAS
9.1. CONCEITUAÇÃO
São assim chamadas as pilhas de corrosão em que as áreas anódicas e catódicas têm
tamanho microscópico. Esta é provavelmente a mais freqüente pilha na natureza, ânodo e
cátodo são partes distintas de um mesmo metal. A grande particularidade é que uma
superfície metálica tem inúmeras áreas anódicas e catódicas de tamanho microscópico,
impossíveis de serem observadas a olho nu. Isso decorre das imperfeições diversas de um
metal.
As causas mais determinantes deste tipo de pilha são:
* Heterogeneidades dos aços;
* Estado de tensões diferentes as quais duas regiões vizinhas do material estejam
sujeitas;
* Grau de acabamento ou rugosidade superficial em pontos vizinhos da superfície;
* Diferença no tamanho dos grãos em regiões vizinhas do metal;
* Diferentes microestruturas em regiões vizinhas do metal;
etc.
Podemos citar como alguns exemplos práticos da corrosão com a formação de
micropilhas: a corrosão da chaparia de automóveis, dos eletrodomésticos, de latarias etc.
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9.2. LOCALIZAÇÃO DAS ÁREAS DE MAIOR CORROSÃO
A localização das áreas de um metal que sofrera maior corrosão, na grande maioria
das vezes, é impossível de serem distinguidas a olho nu e muitas vezes até mesmo com o
uso de microscópios eletrônicos, porque na verdade um metal possui inúmeras áreas
anódicas e catódicas dispersas na sua superfície. Além disso, as áreas que inicialmente
funcionam como anódicas, com o decorrer do processo corrosivo podem passar a serem
catódicas e vice - versa, porque a diferença de atividade dessas áreas é muito pequena e
qualquer alteração na sua superfície pode alterar e inverter as tendências dessas regiões.
Deve ser ressaltado, que, na prática, uma chapa com corrosão através de micropilhas,
aparece na forma uniforme.
Entretanto, existem algumas situações em que os processos de fabricação e/ou
montagem de equipamentos ou estruturas provocam alterações internas no metal, em geral
não visíveis a olho nu, que
pode tornar toda uma região de dimensões maiores como áreas de menor resistência à
corrosão do que as demais (grandes áreas anódicas) é o que acontece por exemplo quando
se executam soldas homogêneas em estruturas sem que se tome alguns cuidados pós-
soldagem para corrigir as alterações que o processo de soldagem impõem no metal soldado.
A figura 17 mostra a localização das regiões de maior corrosão.
OBS. As soldas, apesar de também serem regiões diferentes do restante do material,
em geral são constituídas de elementos químicos que melhoram suas
propriedade mecânicas e de resistência à corrosão em relação as demais
partes do metal, compensando o fato de serem uma descontinuidade do
material.
Figura 17 - Localização das regiões de maior corrosão numa chapa com solda
homogênea.
Assim como essas regiões soldadas, existem outras de menor resistência à corrosão e
mais facilmente identificável. Mas, de maneira geral, os metais que sofrem corrosão pela
formação de micropilhas possuem inúmeras áreas anódicas e catódicas. O esquema da
figura 18 mostra como as áreas anódicas e catódicas apareceriam, se fosse possível a sua
visualização. Esse desenho é hipotético, pois na prática tal visualização é impossível,
entretanto este esquema justifica as observações.
CHAPA DE AÇO
CARBONO
CHAPA DE AÇO
CARBONO
SOLDA EM AÇO CARBONO
REGIÕES DO METAL MODIFICADAS DEVIDO AO CALOR RECEBIDO DURANTE A
SOLDAGEM - REGIÕES DE MENOR RESISTÊNCIA À CORROSÃO DO QUE AS DEMAIS.
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Figura 18 - Visualização hipotética de como estariam distribuídas as áreas anódicas e
catódicas numa superfície metálica.
9.3. EXERCÍCIOS
A seguir estão resolvidos dois exercícios de micropilhas cuja finalidade é
proporcionar ao leitor, a pratica da identificação das reações de corrosão e a representação
esquemática de micropilhas.
1o EXERCÍCIO: Depois de construir um esquema que represente o processo de corrosão do
sistema aço carbono / ácido sulfúrico aerado, responda as questões
seguintes:
a) Mostre no seu esquema a movimentação de cargas da pilha.
b) Quais as reações da pilha?
RESOLUÇÃO
ESQUEMA REPRESENTATIVO DA PILHA FORMADA (Fe/H2SO4 aq. + H2O)
A = ÁREA ANÓDICA - ÁREA DE MENOR RESISTÊNCIA À CORROSÃO
C = ÁREA CATÓDICA - ÁREA DE MAIOR RESISTÊNCIA À CORROSÃO
C A C A
C C C
A A C A
A C C
A A
A C C A
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2o EXERCÍCIO: Depois de construir um esquema que represente o processo de corrosão
interna da chaparia em alumínio de um tanque de armazenamento de
sulfato de alumínio, responda as questões a seguir:
a) Quais as reações do processo corrosivo?
b) Mostre no seu esquema, a movimentação de cargas da pilha.
RESOLUÇÃO
ESQUEMA REPRESENTATIVO DA PILHA (Al/CuSO4 aq. )
Fe+2
H
+ O2
H2
e
A.C.
A
C
REAÇÕES DA PILHA
1. REAÇÃO ANÓDICA
Fe Fe+2
+ 2e
2. REAÇÃO CATÓDICA
2H+ + ½ O2 + 2e H2O
H2SO4 + H2O
Al
e
Cu+2
Cu
Al+3
CuSO4 + H2O
REAÇÕES DA PILHA
1. REAÇÃO ANÓDICA
Al Al+3
+ 3e
2. REAÇÃO CATÓDICA
Cu+2
+ 2e Cu
METAL
DEPOSITADO
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10. PRINCIPAIS FATORES QUE INTERFEREM NO PROCESSO CORROSIVO
10.1. INTRODUÇÃO
Existem inúmeros fatores que podem modificar um processo de corrosão, mas o
objetivo deste trabalho será mostrar apenas aqueles de maior interferência. A figura 18
apresenta uma série de fatores que interferem na corrosão, separados de maneira a indicar
através de qual participante do processo eles atuam.
METAL + MEIO PRODUTO DE
CORROSIVO CORROSÃO
- COMPOSIÇÃO QUÍMICA
- MICROESTRUTURA_
CRISTALINA
- ESTADO DE TENSÕES
- PAR GALVÂNICO
- TIPO E FORMA DAS IMPUREZAS
- GRAU DE RUGOSIDADE DA
SUPERFÍCIE
- pH
- AERAÇÃO
- CONCENTRAÇÃO IÔNICA
- TEMPERATURA
- VELOCIDADE
- POLARIZAÇÃO
- POROSIDADE
- ADERÊNCIA
- PLASTICIDADE
-PERMEABILIDADE
- ESPESSURA
- SOLUBILIDADE
- HIGROSCÓPIO
Figura 19 - Principais fatores que influenciam à corrosão metálica.
De todos os fatores da figura 19 podemos destacar para um estudo mais detalhado os
seguintes:
- No Metal: A composição química e par galvânico, sendo que este
último será estudado na parte 2.
- No Meio Corrosivo: O pH e a aeração do meio.
- No Produto de Corrosão: Todas as características serão referenciadas juntas quando
se falar em características protetoras.
10.2. INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL NA CORROSÃO
Para facilitar o desenvolvimento deste assunto ele será dividido por tipo de material,
sendo estudados apenas os materiais mais usuais na indústria e no cotidiano que sofrem
deterioração pela corrosão.
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a) AÇOS: Dos elementos químicos, normalmente presentes na composição química
de um aço, os de maior influência sobre a corrosão são : o enxofre, que é
uma impureza, e os elementos de liga, como o : cobre, cromo e níquel.
a.1.) ENXOFRE : É considerado uma impureza para o aço. Dependendo do tipo e forma do
sulfeto formado, sua influência pode ser maior ou menor.
Os sulfetos normalmente presentes nos aços são os de manganês e de ferro. Ambos
têm grande influência na resistência a corrosão em geral, mas principalmente em meios
ácidos, onde pode ocorrer a difusão do hidrogênio nascente para o interior do metal. Caso o
hidrogênio fique aprisionado no reticulado cristalino, provocará uma redução na resistência
mecânica e um aumento da sensibilidade ao entalhe do metal.
Para ácidos fortes, como o sulfidrico (H2S) e o fluorídrico (HF), é normal exigir-se
que o teor de enxofre na composição química do aço seja limitado em valores da ordem de
0,005 % , fato que encarece bastante o aço. Pois os teores normais de enxofre nos aço são:
0,05% para aços carbono e 0,025% para aços liga.
Deve ser ressaltado, que a formação do sulfeto de manganês no aço visa a remoção
do CO para evitar a formação de bolhas no interior deste que é bastante prejudicial às
propriedades mecânicas.
a.2.) COBRE : É um elemento de liga adicionado na composição química do aço, com o
objetivo de aumentar a sua resistência à corrosão atmosférica. Os teores de cobre
adicionados no aço com essa finalidade variam na faixa de 0,20 a 0,35 % .
O aumento da resistência a corrosão obtida com a adição de cobre no aço é devido a
formação de uma película sobre a superfície metálica quando o metal é exposto a uma
atmosfera com umidade acima de 60 % e principalmente na presença de SO2 ou cloretos.
No primeiro caso, a proteção da superfície é obtida pela formação de uma camada de
sulfato básico de cobre [CuSO4. 3 Cu(OH)2 ] e no segundo a película formada é o cloreto
básico de cobre [CuCl2. 3 Cu(OH)2].
Devido a essa propriedade, os aços com cobre são chamados de AÇOS
ACLIMÁVEIS ou AÇOS PATINÁVEIS e a película protetora por eles formada é
normalmente chamada de PATINA.
A maioria dos fabricantes usa nomes comerciais para se referir a esses aços como, por
exemplo: AÇOS COR-TEN, AÇOS NIOCOR, AÇOS COS-AR-COR, que muitas vezes
além da adição de cobre tem também adições de Níquel, Nióbio, Cromo e Molibdênio, em
pequenas quantidades, com a finalidade de melhorar as características da película protetora
(patina).
a.3.) CROMO : É um elemento de liga adicionado na composição química do aço, com o
objetivo de melhorar as suas propriedades a altas temperaturas ( acima de 400C ) e
também aumenta a resistência à corrosão em meios oxidantes, qualquer que seja a
temperatura.
O aumento da resistência à corrosão em meios oxidantes é devido as características
protetoras do produto de corrosão formado, que acaba por isolar o metal do meio corrosivo,
reduzindo a taxa de corrosão a valores desprezíveis enquanto a película não for rompida,
esse fenômeno, chamamos de PASSIVAÇÃO e será melhor explicado mais a frente.
Os aços com mais de 12% de cromo na sua composição química são chamados de
AÇOS INOXIDÁVEIS, como já descrito anteriormente.
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Os aços inoxidáveis são os mais indicados quando se deseja boa resistência à
corrosão em meios oxidantes e para temperaturas acima de 400C.
A resistência à corrosão dos aços ao cromo a altas temperaturas depende do teor de
cromo presente na composição química do aço, como mostra a tabela 5.
TEOR DE CROMO NO AÇO EM % TEMPERATURA MÁXIMA INDICADA
PARA RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM C
0,75 a 1 540
2 a 3 600
4 a 6 650
7 a 9 700
9 a 13 750
14 a 17 850
18 a 21 1000
22 a 25 1100
Tabela 5 - Influência do Cromo na resistência à corrosão dos aços.
a.4.) NÍQUEL : É outro elemento de liga, adicionado à composição química do aço com o
objetivo de melhorar as propriedades deste em baixas temperaturas ( abaixo de 15C ).
Entretanto também melhora a resistência à corrosão dos aços em meios oxidantes em
qualquer temperatura.
Esse aumento da resistência à corrosão concedida pelo níquel aos aços, é explicado
pela melhora que ele proporciona ao óxido de ferro, produto de corrosão formado na
corrosão do aço em meios oxidante. A melhora consiste num aumento da aderência e
plasticidade do óxido de ferro à superfície metálica, bem como uma redução da sua dureza
e porosidade, melhorando as características do produto de corrosão que passa a ser protetor
assim a taxa de corrosão é reduzida.
Em meios oxidantes onde existem gases ricos em enxofre no produto de corrosão
formado, pode ocorrer a formação de um constituinte eutético (Ni3S2) que funde a 645 C e
reduz muito a resistência à corrosão do aço. Por isso, deve ser evitado o uso de ligas de
níquel em temperaturas acima de 600C, quando existe a possibilidade de se ter gases ricos
em enxofre no meio.
b) METAIS NÃO FERROSOS: Dos metais não ferrosos mais usados na indústria e
no cotidiano os que visam aumento da resistência à
corrosão são: as ligas de cobre, níquel e alumínio.
b.1.) LIGAS DE COBRE : São ligas usadas quando se deseja boa resistência à corrosão em
meios aquosos aerados. A boa resistência à corrosão dessas ligas, em meios aquosos
aerados é devido as características protetoras do produto de corrosão formado (óxido
hidratado de cobre ).
A resistência à corrosão dessas liga pode ser bastante reduzida em meios aquoso com
pH menor do que 6, ou quando se tem baixa quantidade de oxigênio dissolvido ou se o
meio estiver contaminado com amônia, mesmo em pequenas quantidades.
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As ligas de cobre estão sujeitas a dois tipos de corrosão que são :
- DEZINSIFICAÇÃO: é a corrosão seletiva do zinco que ocorre nas ligas
Cu/Zn (latões ), quando mergulhado em água
natural.
- CORROSÃO SOB TENSÃO: é uma corrosão na forma de trincas que pode ocorrer
nas ligas de cobre quando em meio aquoso
contaminado com amônia.
b.2.) LIGAS DE NÍQUEL : As ligas de níquel tem sua principal utilização em meios de
ácidos fortes, como o ácido fluorídrico, cujo material de melhor resistência à corrosão são
as ligas Ni/Cu, chamadas de MONEL ( 67% Ni e 32% Cu ), são usadas também com
bastante sucesso em ácido sulfúrico.
As ligas com alto teor de níquel e cromo são as de melhor resistência à corrosão por
cinzas de combustíveis que contenham vanádio e sulfato de sódio, sendo as mais usuais
para estes casos as ligas com 50% de Cr e 50% de Ni ou ligas com 60% Cr e 40% Ni.
Para as aplicações de resistência à corrosão a altas temperaturas, na faixa de 700C,
costuma-se utilizar ligas com 78% Ni, 14% Cr e 7% Fe, chamadas de INCONEL, com
excelentes resultados.
b.3.) LIGAS DE ALUMÍNIO : As ligas de alumínio tem sua maior aplicação na resistência
à corrosão atmosférica quando não se necessita de alta resistência mecânica. Sua resistência
à corrosão está associada a excelente característica protetora do produto de corrosão
formado quando em meios aquosos aerados ou meios oxidantes, em geral. Em meios sem
aeração ou ácidos, as ligas de alumínio tem muito baixa resistência à corrosão, sendo até
inferior ao aço carbono em alguns casos.
Essas características fazem das ligas de alumínio um excelente material para
aplicações domésticas, como portões, janelas, grades de proteção, aparelhos domésticos,
embalagens etc., aplicações onde a principal exigência é a resistência à corrosão
atmosférica.
10.3. INFLUÊNCIA DO pH DO MEIO NA CORROSÃO
A influência da concentração iônica do hidrogênio no meio (pH) tem grande
importância quando o meio é aquoso, principal meio corrosivo. Essa influência está bem
representada na figura 20.
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pH
taxa d
e co
rrosã
o (
ip
y )
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Figura 20 - Influência do pH do meio corrosivo na corrosão do aço carbono.
O pH do meio influencia na corrosão através da modificação do tipo e/ou velocidade
das reações catódicas do processo corrosivo. Devemos lembrar que um aumento ou redução
na reação catódica provoca o mesmo efeito na reação anódica. Assim, as modificações
observadas na figura 20 podem ser justificadas com segue:
1a PARTE: VALORES DE pH INFERIORES A 5
Nessas situações a taxa de corrosão aumenta com o aumento do pH
porque a reação catódica é uma reação de redução do cátion hidrogênio ( 2H+ + 2e
H2 ), portanto quanto menor o pH do meio, maior será a quantidade íons
hidrogênio no meio possíveis de reagirem, ou seja mais reagente, mais reação. Outro
fato que colabora com o aumento da corrosão é que a solubilidade do produto de
corrosão aumenta com a redução do pH, expondo mais rapidamente a superfície
metálica à corrosão (não há barreira).
2a PARTE: VALORES DE pH ENTRE 5 E 10
Para essas situações a taxa de corrosão independe do pH, dependendo
apenas da quantidade de oxigênio dissolvido e da sua taxa de difusão no meio. Pois a
reação catódica nessa faixa de pH passa a ser uma reação de redução do oxigênio ao
íon oxidrila (H2O + 2e + ½ O2 2 OH-). O resultado é uma taxa de corrosão
constante, mesmo variando-se o pH do meio.
3a PARTE: VALORES DE pH ACIMA DE 10
A reação catódica continua sendo a reação de redução do oxigênio a
oxidrila que independe do pH, dependendo apenas da quantidade de oxigênio
dissolvido e da sua velocidade de difusão no meio. O aumento do pH, melhora a
estabilidade do produto de corrosão no meio, promovendo uma PASSIVAÇÃO da
superfície metálica, com conseqüente redução da taxa de corrosão do metal, pela
formação de uma barreira eficiente.
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10.4. INFLUÊNCIA DA AERAÇÃO DO MEIO NA CORROSÃO
Em corrosão, aeração significa quantidade de oxigênio dissolvido no meio. Sua
interferência é maior em meios aquosos e na corrosão atmosférica. O efeito do oxigênio
dissolvido no meio sobre a taxa de corrosão depende fundamentalmente se o metal
apresenta passivação em meio oxidante.
Para metais que apresentam passivação em meios oxidantes, a aeração reduz a taxa de
corrosão, enquanto que a ausência da aeração aumenta drasticamente esse valor. A figura
21 mostra esquematicamente essa influência.
Figura 21 - Influência da aeração do meio sobre a taxa de corrosão de metais que
apresentam passivação.
Para os metais que não apresentam passivação em meios aerados, a aeração aumenta
a taxa de corrosão do metal até o limite solubilidade do oxigênio no meio, porque o
oxigênio tem um efeito DESPOLARIZANTE. (despolarização é a quebra de uma barreira
que o meio cria próximo a interface metal/solução que dificulta a aproximação dos íons até
a superfície metálica para descarregarem, figura 22).
QUANTIDADE DE O2 DISSOLVIDO NO MEIO
TEOR MÍNIMO DE O2
DISSOLVIDO NO MEIO PARA SE
OBTER PASSIVAÇÃO
METAL ATIVO
METAL PASSIVO
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Figura 22 - Influência da aeração do meio sobre a taxa de corrosão de metais que não
sofrem passivação.
10.5. INFLUÊNCIA DO PRODUTO DE CORROSÃO NA CORROSÃO
Existem alguns metais que em meios corrosivos específicos formam produtos de
corrosão com características protetoras que ISOLAM o metal do meio corrosivo, após um
tempo inicial de corrosão, reduzindo a taxa de corrosão a valores desprezíveis, como
mostra a figura 23. Este fenômeno chama-se PASSIVAÇÃO ( proteção por barreira que
isola o metal do meio corrosivo).
A passividade de um metal é o resultado da formação de um composto formado com
constituintes do metal e do meio que ficam interligados por forças de atração elétricas e
fortemente aderidos a superfície metálica, como uma continuidade do metal. Além da boa
aderência, esta película formada sobre a superfície metálica deve ter também: boa
plasticidade, baixa dureza, baixa permeabilidade, ser insolúvel no meio e baixa espessura.
Algumas vezes essa película protetora e isolante tem coloração típica facilitando sua
identificação, como no caso das ligas de cobre expostas a atmosferas industriais, onde a
película apassivadora tem uma coloração azul esverdeada (sulfato básico de cobre). Em
muitos casos, a película apassivadora é incolor ou tem a cor metálica, dificultando a sua
percepção a não ser pela perda de brilho do metal.
O fenômeno da passivação só é atingido por alguns metais quando expostos em
meios específicos. A seguir, estão descritos algumas combinações metal / meio corrosivo
em que ocorrem passivação do metal:
- Aços inoxidáveis expostos em meios aquosos aerados ou meios oxidantes em geral;
- Aço carbono exposto a ácido nítrico concentrado;
- Ligas de níquel expostas a meios aquosos aerados ou meios oxidantes;
- Ligas de cobre expostas a atmosferas industriais;
- Ligas de alumínio expostas a qualquer tipo de atmosferas;
- Ligas de chumbo expostas a ácido sulfúrico diluído; etc.
QUANTIDADE DE O2 DISSOLVIDO NO MEIO
LIMITE DE SOLUBILIDADE DO O2
NO MEIO
RETAS PARALELAS
MEIO SEM AERAÇÃO
MEIO
AERADO
EFEITO DESPOLARIZANTE
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Figura 23 - Influência da passivação na corrosão
O fenômeno da TRANSPASSIVAÇÃO, mostrado na figura 23, pode ocorrer quando
o meio possui algum componente com propriedade de romper o filme protetor formado ou
quando ocorre alguma modificação das características do meio. A maioria das películas
apassivadora pode ser rompida com variações de concentração do meio ou a presença de
componentes específicos no meio, como por exemplo: a presença de cloretos em meios
onde o metal exposto é o aço inoxidável, o aumento da concentração do ácido sulfúrico
para as ligas de chumbo, a diluição do ácido nítrico para o aço carbono, etc. Em todos esses
casos, a película apassivadora do metal pode ser rompida rapidamente e o metal estará
novamente ativo, ou seja, volta a sofrer corrosão normalmente. Nos casos conhecidos de
quebra da passivação, deve ser evitado o uso do metal.
11. CORROSÃO ATMOSFÉRICA
11.1. INTRODUÇÃO
A corrosão atmosférica é um caso particular de corrosão, conhecido como uma das
formas de deterioração mais desastrosa sobre o ponto de vista econômico. A maioria das
instalações industriais, estruturas e peças metálicas ficam expostas à atmosfera e os
prejuízos causados por este meio corrosivo é muitas vezes maior do que os decorrentes por
qualquer outro meio.
Dependendo do desenvolvimento do local e das suas características, o ar atmosférico
pode depositar temporariamente ou até continuamente pequenos filmes de meios corrosivos
extremamente agressivos, sobre a superfície metálica.
METAL
ATIVO
METAL PASSIVO
TRANSPASSIVAÇÃO
METAL
ATIVO
TEMPO TEMPO NECESSÁRIO PARA O METAL
OBTER A PASSIVAÇÃO
ROMPIMENTO DA PELÍCULA
PROTETORA FORMADA
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A corrosão atmosférica não manifesta-se apenas em metais expostos ao ar livre, mas
também em metais abrigados, não protegidos. A agressividade do ar atmosférico depende
das condições específicas do local.
11.2. CARACTERÍSTICAS DA CORROSÃO ATMOSFÉRICA
Chama-se corrosão atmosférica os processos corrosivos em que o meio é o ar
atmosférico.
Os valores médios dos constituintes do ar atmosférico, QUANDO SECO, são
aproximadamente os seguintes: 0,03% de gás carbônico, 0,01% de neônio + hélio +
hidrogênio, 21,02% de oxigênio e 78% de nitrogênio, ou de maneira simplificada 22% de
oxigênio e 78% de nitrogênio. Experiências sobre a agressividade de um meio assim
composto mostram uma taxa de corrosão muitas vezes menor do que a registrada na
corrosão atmosférica de todos os metais, inclusive o aço carbono. Esta constatação mostra
que a agressividade do ar atmosférico não é devida a seus constituintes padrões, mas sim
devido à presença de componentes que são introduzidos no ar atmosférico, pelas
características regionais, industrias e pelos gases gerados após a queima de combustíveis.
Assim, é de se esperar que metais, exatamente iguais, apresentem taxas de corrosão
diferentes quando expostos em locais com outras características regionais, pois os meios
corrosivos serão diferentes.
Os principais componentes que, presentes no ar, interferem na taxa de corrosão dos
metais são:
- A umidade relativa do ar;
- O tipo e a quantidade de poluentes;
- O tipo e a quantidade de sais em suspensão;
- A variação da temperatura;
- O índice de chuvas;
- A intensidade e direção dos ventos.
Dos componentes citados acima os dois que tem maior influência na taxa de corrosão
são a umidade relativa do ar e os poluentes que serão melhor avariados a seguir.
A umidade relativa do ar é uma relação entre a quantidade de vapor d’água existente
no ar e o valor máximo admissível numa determinada temperatura, que expresso em
porcentagem representa basicamente a quantidade de vapor d’água existente no ar. Deve
ser ressaltado, que o valor da umidade relativa do ar muda com a temperatura, pois a
quantidade máxima de vapor d’água admissível no ar é diretamente proporcional a ela.
Considerando apenas os valores da umidade relativa do ar, as atmosferas costumam
ser classificadas como mostra a tabela 6.
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UMIDADE RELATIVA
DO AR ( % )
CLASSIFICAÇÃO DAS
ATMOSFERAS EM FUNÇÃO DA
UMIDADE RELATIVA DO AR
AGRESSIVIDADE EM
RELAÇÃO AO AÇO
CARBONO
até 30 SECA BAIXA
30 a 60 NORMAL MÉDIA
60 a 90 ÚMIDA ALTA
acima de 90 MOLHADA ALTA
Tabela 6 - Classificação das atmosferas em função da umidade relativa do ar.
OBS. Na prática ocorre uma variação dessas atmosferas num mesmo dia e local.
Experiências têm mostrado que para todos os metais existe um valor de umidade
relativa em que a taxa de corrosão tem um crescimento abrupto. A esse valor de umidade
relativa chama-se de UMIDADE RELATIVA CRÍTICA DO AR (a crítica significa alta
taxa de corrosão). O valor da umidade relativa crítica varia entre 50 e 70% para a grande
maioria dos metais. Por exemplo: para o aço carbono esse valor é de aproximadamente
60%. A figura 24 mostra a influência da umidade relativa crítica do ar na taxa de corrosão.
Figura 24 - Influência da umidade relativa do ar na taxa de corrosão.
Considerando-se, apenas a presença dos poluentes e sais dissolvidos no ar temos uma
outra maneira de classificar as atmosferas, como mostrado na tabela 7.
UMIDADE RELATIVA DO AR ( % )
UMIDADE RELATIVA CRÍTICA DO AR (ESTE VALOR ESTÁ ENTRE 50 E 70 %
PARA A MAIORIA DOS METAIS)
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CLASSIFICAÇÃO DAS
ATMOSFERAS EM FUNÇÃO DOS
POLUENTES E SAIS DISSOLVIDOS
NO AR
PRINCIPAIS
CARACTERÍSTICAS
AGRESSIVIDADE
EM RELAÇÃO AO
AÇO CARBONO
RURAL
área afastada dos grandes
centros urbanos, da orla
marítima e das indústrias
BAIXA
URBANA
área dentro dos grandes centros
urbanos, mas afastada da orla
marítima e afastada das
indústrias de base
MÉDIA
INDUSTRIAL
área próxima das indústrias de
base, com quantidades
apreciáveis de SO2,, H2S, NH3 ,
NO2 e cinzas em suspensão
ALTA
MARINHA
área próxima da orla marítima,
com grandes quantidades de
cloretos de sódio em suspensão.
ALTA
Tabela 7 - Classificação das atmosferas em função dos poluentes.
OBS. Na prática existe uma combinação de mais de uma dessas atmosferas, como
por exemplo, na COSIPA, (localizada na cidade de Cubatão) onde a atmosfera
é industrial e marinha.
A figura 25 mostra a influência conjunta da umidade relativa do ar e dos poluentes na
taxa de corrosão.
ATMOSFERA INDUSTRIAL
ATMOSFERA RURAL
UMIDADE RELATIVA DO AR (%) UMIDADE RELATIVA CRÍTICA
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Figura 25 - Influência dos poluentes na corrosão atmosférica.
As figuras 26 e 27 mostram o resultado de experiências feitas com a exposição de
corpos de prova em aço carbono sem proteção, em atmosferas marinha e industrial,
respectivamente.
0
50
100
150
0 10 20 30 40
TEMPO ( dias )
GA
NH
O D
E M
AS
SA
(m
g)
U.R. = 58%
U.R. = 80%
U.R. = 97%
Figura 26 - Corrosão do aço carbono sem proteção, exposto a uma atmosfera
marinha.
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40
TEMPO ( dias )
GA
NH
O D
E M
AS
SA
(m
g/ d
m2)
U.R. = 90% + 0%
SO2
U.R. = 70 % +
0,01%SO2
U.R. = 99% +
0,01% SO2
Figura 27 - Corrosão do aço carbono sem proteção, exposto a uma atmosfera industrial,
com diferentes teores de Umidade Relativa do ar e SO2.
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A influência da temperatura apresenta resultados que se contrapõem. Se por um lado,
um aumento de temperatura acelera o processo corrosivo aumentando as velocidades das
reações eletroquímicas, por outro, favorece a evaporação mantendo seca a superfície
metálica.
As chuvas também apresentam resultados conflitantes: favorecem o processo
corrosivo devido ao molhamento da superfície metálica, mas também tem efeito de lavá-la,
removendo os poluentes e material particulado depositado.
Com os ventos, o resultado é similar: ao mesmo tempo em que seca a superfície
metálica, pode trazer poluentes e deposita material particulado para a superfície metálica.
A composição química dos metais tem fundamental interferência na taxa de corrosão
como já foi descrito anteriormente. Elementos químicos, como: cobre, cromo e níquel
aumentam a resistência a corrosão dos aços. Quando se está preocupado em melhorar a
resistência à corrosão atmosférica, dois tipos de aço são os mais recomendados: os AÇOS
PATINÁVEIS ou os INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS. A figura 28 mostra, de maneira
comparativa, a taxa de corrosão dos aços carbono e patináveis (aço carbono com 0.25 % de
Cu).
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0 200 400 600 800 1000
TEMPO (dias)
PE
RD
A D
E E
SP
ES
SU
RA
(mm
) AÇO PATINÁVEL
AÇO CARBONO
Figura 28 - Comparação da corrosão dos aços carbono e patinável, sem proteção, numa
atmosfera industrial, com Umidade Relativa do Ar entre 70 e 80%.
A seguir serão descritas algumas das conclusões do boletim 57 do IPT (Instituto de
Pesquisas Tecnológicas), sobre uma série de experiências de corrosão atmosférica feita
entre janeiro de 1986 e agosto de 1988, em várias regiões do Estado de São Paulo, varrendo
locais com vários tipos de atmosferas:
Os aços patináveis apresentam alto desempenho em atmosferas tipicamente rurais,
urbanas e industriais contaminadas com H2S ou com H2S e SO2. Em atmosferas
com alta concentração de material particulado, e extremamente úmidas contendo
SO2, a utilização dos aços patináveis deve ser feita com proteção adicional;
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Os aços inoxidáveis austeníticos apresentam excelente desempenho frente a todos
os tipos de atmosferas, desde que se tenha garantia da passivação de sua
superfície. Isto é possível expondo-se superfícies trabalhadas que facilmente se
passivam, eliminando-se as carepas por decapagem, ou submetendo-se a superfície
do metal a processos de passivação;
O cobre apresenta desempenho insatisfatório quando exposto a atmosferas
contaminadas com H2S ou com H2S e SO2. A utilização do cobre neste tipo de
ambiente deve ser somente com proteção adicional;
As ligas de alumínio apresentam desempenho satisfatório frente a todos os tipos de
atmosferas testadas. Este desempenho é garantido quando a superfície do alumínio
é constantemente lavada, devido ao acesso livre das chuvas.
A figura 29 compara a vida útil de alguns tipos de revestimentos metálicos utilizados
para a proteção do aço carbono em atmosferas industriais.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,2 0,4 0.6 0,8 1
massa do revestimento (Kg/m2)
tem
po p
ara
o a
pare
cim
ento
da
ferr
ugem
em
5 %
da á
rea e
xp
ost
a
(an
os)
ALUMÍNIO
ZINCO
CÁDMIO
Figura 29 - Comparação da vida útil de revestimentos metálicos aplicados sobre o aço
carbono em atmosferas industriais.
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12. CORROSÃO PELO SOLO
Chama-se genericamente de corrosão pelo solo aos processos corrosivos observados
em estruturas enterradas. Estas estruturas são normalmente: tubulações, trilhos, estacas
metálicas, cabos de transmissão de energia e telecomunicações, tanques enterrados, e
outros.
A intensidade da corrosão pelo solo depende do teor de umidade, da composição
química e do pH do próprio solo. Na prática, utiliza-se comumente o valor da resistividade
elétrica do solo como principal índice de sua agressividade. Um solo de resistividade baixa
é mais agressivo, possui umidade permanente e sais minerais dissolvidos, enquanto que um
solo de resistividade elevada é menos agressivo e possui menos umidade e sais minerais
dissolvidos. Outros fatores que influenciam na corrosividade do solo são:
- PERMEABILIDADE DO SOLO: Os solos mais permeáveis permitem maior
aeração da estrutura e consequentemente
maiores taxas de corrosão.
- PRESENÇA DE BACTÉRIAS : Certos tipos de bactérias podem acelerar os
processos corrosivos, em condições particulares.
- PRESENÇA DE POLUENTES: Os poluentes, de modo geral, tornam o solo mais
agressivo, reduzindo o seu pH.
- UMIDADE DO SOLO: A umidade reduz a resistividade elétrica do solo.
- DIFERENÇA DE NATUREZA ENTRE SOLOS VIZINHOS: A diferença nas
características de
solos vizinhos pode
criar pilhas de
corrosão de
resistividade ou
aeração diferenciais.
- CORRENTE DE FUGA: A existência de correntes elétrica que foge para o solo
pode provocar corrosão localizada.
A resistividade do solo é o fator primordial para a indicação da sua corrosividade. É
necessário que se faça um levantamento geral da resistividade do solo na área, para se
avaliar a agressividade deste. O método de medição da resistividade (de um solo) mais
utilizado praticamente é o método dos quatro pinos, que consiste na injeção de uma
corrente por meio de dois pinos externos e na medição da queda de voltagem no solo por
meio de outros dois pinos internos. Para isto, quatro pinos de aproximadamente 30 cm de
comprimento são cravados no solo, dispostos segundo uma linha reta e igualmente
espaçados.
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Este método, que foi desenvolvido por Wenner, utiliza o esquema mostrado na figura
30, sendo o valor da resistência calculado pela expressão matemática abaixo:
ONDE: I = corrente injetada pelos pinos externos, em Ampere.
V = queda de voltagem nos pinos internos, em Volts.
a = espaçamento entre os pinos, em cm.
= resistividade elétrica do solo, em ohm.cm.
Os valores assim obtidos representam a resistividade média de uma camada de solo
com profundidade igual ao espaçamento a entre os pinos.
Figura 30 - Método de Wenner usado para a determinação da resistividade de solos.
Como a resistividade do solo varia, até mesmo entre solos vizinhos, é comum se
fazerem várias medições com o espaçamento entre pinos variando na faixa de 80 cm até 1,5
vezes a profundidade que se deseja lançar a estrutura metálica. Os valores usualmente
adotados para a distância entre eletrodos são: 160, 320, 480 e 640 cm.
De acordo com os valores de resistividade medidos pelo método de Wenner, pode-se
classificar a agressividade dos solos como mostrado na tabela 8.
= 2 a ( V/I )
GERADOR DE
CORRENTE
CONTÍNUA
VOLTÍMETRO
e e
e
X+
e
e
e
X+
e
p = a
a a a
S O L O
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RESISTIVIDADE
DO SOLO
(OHM.CM )
CORROSIVIDADE DO
SOLO
NECESSIDADE DE
PROTEÇÃO
até 1000 MUITO ALTA SIM
1000 a 3000 ALTA SIM
4000 a 15000 MÉDIA SIM
acima de 15000 BAIXA AVALIAR MELHOR
Tabela 8 - Classificação dos solos em função da resistividade elétrica.
OBS. Na prática, a definição da necessidade de proteção e a escolha do tipo de
proteção a ser usado dependem de uma avaliação melhor do solo, que deve ser
feita por firma especializada. A tabela mostra uma avaliação simplista do
problema, que serve apenas como uma primeira orientação.
Considerando somente as heterogeneidades do solo, os processos de corrosão mais
comumente observados são devidos a formação das seguintes pilhas:
- pilhas galvânicas: quando existe par galvânico e o solo tem baixa resistividade;
- pilhas de aeração diferencial: quando solos vizinhos apresentam grande diferença na
concentração de oxigênio. Nesses casos a parte
da estrutura localizada no solo mais pobre em
oxigênio sofrerá maior corrosão, enquanto a
parte da estrutura localizada na seção do solo
mais rico em oxigênio é protegida (figura 31).
Figura 31 - Pilhas de aeração diferencial em solos.
- pilhas devido à resistividade diferencial: quando solos vizinhos possuem uma
grande diferença de resistividade. Nesse
caso a parte da estrutura no solo de menor
resistividade terá maior corrosão (figura
32).
TUBO
LOCAIS DE MAIOR CORROSÃO
SOLO DE
BAIXA
AERAÇÃO
SOLO BEM
AERADO iCOR iCOR
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Figura 32 - Pilhas devido a resistividade diferente entre solos vizinhos.
- pilhas por corrente de fuga: quando são criadas regiões de maior corrosão devido a
existência no solo de correntes elétricas que
FUGIRAM de algum sistema elétrico. Nesses casos,
nos locais em que a corrente de fuga deixa a estrutura
haverá maior corrosão (figura 33).
Fig. 31 - Pilha de corrosão por corrente de fuga.
Figura 33 - Pilha de corrosão por corrente de fuga.
SOLO DE MAIOR
RESISTIVIDADE
SOLO DE MENOR
RESISTIVIDADE
T U B O
LINHA DE CENTRO
DO TUBO
iCOR
iCOR
REGIÕES DE
MAIOR
CORROSÃO
iCOR
CABO POSITIVO DE ALIMENTAÇÃO DA CORRENTE
GERADOR
DE C.C. TREM
TRILHO DE RODAGEM
RETORNO DE CORRENTE
PELOS TRILHOS
T U B U L A Ç Ã O E N T E R R A D A
REGIÃO DE MAIOR CORROSÃO
CORRENTE DE FUGA
RETORNO DE CORRENTE PELO TUBO
SOLO DE BAIXA RESISTIVIDADE
iCOR
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13. CORROSÃO MICROBIOLÓGICA
13.1. CONCEITO
A corrosão é chamada microbiológica quando um processo de corrosão é acelerado
pela presença de organismos vivos no meio corrosivo. Estes organismos incluem desde as
microformas, como bactérias até macroformas, como as algas. Organismos micro e
macroscópicos tem sido observados em meios com pH entre 0 e 11, temperaturas de -1C
até 80C e pressões de até 1000 Kgf/cm2. Assim, a atividade biológica pode aumentar a
taxa de corrosão em vários meios corrosivos, como: solos de baixa resistividade, água
natural e marinha, derivados de petróleo e óleos em geral.
Os organismos são alimentados por reações químicas. Isto é, os organismos se
alimentam com os produtos das reações da corrosão e defecam substâncias que modificam
localmente as condições do meio. Estes organismos podem afetar a corrosão das seguintes
maneiras:
- Ação direta sobre as reações anódicas e/ou catódicas;
- Ação sobre os filmes protetores;
- Criando frestas, para a corrosão por frestas;
- Depositando substâncias corrosivas sobre a superfície metálica.
OBS. Estes efeitos podem ocorrer só ou combinados, dependendo do meio e do
organismo envolvido.
Os microorganismos são classificados de acordo com seu metabolismo de
crescimento, se em presença ou ausência de oxigênio. São chamados de AERÓBICOS
aqueles que requerem oxigênio para o seu crescimento e ANAERÓBICOS aqueles que
crescem com muito pouco ou nenhum oxigênio.
13.1. CORROSÃO POR BACTÉRIAS ANAERÓBICAS
A corrosão das ligas ferrosas em meios não aerados é aumentada pela presença de
bactérias redutoras de sulfato. Essas bactérias têm a forma de larva medindo de 1 a 4
micros de comprimento e crescem em meios com muito pouco ou sem oxigênio e pH entre
5,5 e 8,5.
As bactérias redutoras de sulfato são assim chamadas porque reduzem o sulfato a
sulfeto, na presença de hidrogênio molecular ou materiais orgânicos. No caso das ligas
ferrosas, o hidrogênio molecular é fornecido pelas reações catódicas, quando o meio for
ácido ou aquoso. A figura 34 mostra o efeito das bactérias anaeróbicas na corrosão do aço
carbono em meio aquoso.
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Figura 34 - Influência dos bactérias na corrosão do aço carbono
A reação característica das bactérias sulfato redutoras é: SO4-2
+ 4 H2 S-2
+
2H2O , onde o hidrogênio molecular pode ser fornecido por : reações catódicas, derivados
de celulose, açúcares, ou outro produto orgânico presente no meio.
As bactérias anaeróbicas são mais predominantes em condições de pouco oxigênio
como: barro úmido, meio aquoso desaerados e solos pantanosos. O íon sulfeto produzido
pela reação das bactérias influencia fortemente na velocidade das reações anódicas e
catódicas. A tendência é retardar as reações catódicas e acelerar as anódicas, aumentando
dessa maneira a corrosão. Nesses casos, o produto de corrosão formado é o sulfeto de ferro,
quando o metal base for uma liga ferrosa.
13.2. CORROSÃO POR BACTÉRIAS AERÓBICAS
As bactérias aeróbicas mais importantes na corrosão de ligas ferrosas são as oxidantes
de ferro, como as thiobaccillus thio-oxidantes, capazes de oxidarem o enxofre nascente ou
removerem este de um composto contendo enxofre, para formar ácido sulfúrico, como
mostrado na equação química abaixo:
2S + 3O2 + 2H2O 2 H2SO4
Estes microorganismos crescem melhor em meios de baixo pH e podem produzir
ácido sulfúrico, numa concentração de até 5 % em peso. Assim, as bactérias oxidantes de
enxofre são capazes de modificar completamente um meio corrosivo de maneira localizada.
Estes microorganismos precisam de enxofre em qualquer forma, elementar ou combinada,
por isso são freqüentemente encontrados em campos de enxofre, campos de óleo e
tubulações de esgoto.
INTRODUÇÃO DE BACTÉRIAS
NO MEIO.
AUMENTO DA CORROSÃO DEVIDO A AÇÃO
DAS BACTÉRIAS
TEMPO
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É importante alertar que as bactérias oxidantes de enxofre e redutoras de sulfato
podem operar em ciclos quando existem transformações das condições do meio, como, por
exemplo, em solos que durante a estação das chuvas se mantém úmidos e sem aeração e
durante a estação da seca estão secos e aerados.
13.3. OUTROS MICROORGANISMOS
Existem muitos outros microorganismos que influenciam direta ou indiretamente os
processos corrosivos, entretanto não têm sido estudados com muitos detalhes, embora
também tenham sua importância. Por exemplo: existem microorganismos que utilizam
hidrocarbonetos para seu crescimento e podem danificar revestimentos asfálticos usados
para proteger tubulações enterradas; as bactérias de ferro que se alimentam de íons de ferro,
resultante da corrosão das ligas de ferrosas e depositam hidróxidos ferrosos ou férricos
sobre a superfície metálica criando condições favoráveis à corrosão por frestas; as bactérias
que oxidam amônia até a formação de ácido nítrico que, quando diluído, ataca o aço
carbono e outros metais.
Existe ainda um grupo de bactérias chamadas de macroorganismos que também pode
acelerar um processo corrosivo. Dentre esses macroorganismos merece maior destaque os
FUNGOS que são um grupo de plantas caraterizadas por necessitarem de clorofila para
crescerem. Estas espécies assimilam matéria orgânica e produzem grandes quantidades de
ácidos orgânicos, como o ácido oxálico, acético e cítrico, que aceleram a corrosão tanto de
ligas ferrosas como de borrachas e revestimentos anticorrosivos. Esses fungos são mais
encontrados em água fresca e água do mar.
13.4. PREVENÇÃO A CORROSÃO MICROBIOLÓGICA
Os métodos de prevenção relacionados a seguir são os mais utilizados para a evitar a
ação das bactérias nos processos corrosivos:
- EM MEIOS AQUOSOS:
Os métodos mais usuais são à alteração do meio através da sua cloração ou pelo uso
de bactericidas a base de selenatos inorgânicos ou telureto de potássio.
- EM SOLOS:
Utilizar proteção anticorrosiva, do tipo revestimento asfáltico ou concreto, associada
a proteção catódica.
- EM MEIOS AQUOSOS ONDE O ATAQUE FOR DEVIDO A FUNGOS:
Nesses casos o método de prevenção mais utilizado é aplicação, sobre a superfície
metálica, de tintas tóxicas que contém compostos de cobre na sua formulação.
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