11- Corrosao e Degradacao

12- CORROSO E DEGRADAO DOS MATERIAIS

Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS

CORROSO METLICA A DETRIORAO E A PERDA DE MATERIAL DEVIDO A AO QUMICA OU ELETROQUMICA DO MEIO AMBIENTE, ALIADO OU NO A ESFOROS MECNICOS.


CORROSO METLICAA deteriorao leva:Ao desgaste variaes qumicas na composio modificaes estruturaisEm geral a corroso um processo espontneoO Engenheiro deve:Saber como evitar condies de corroso severaProteger adequadamente os materiais contra a corroso

Modificam as propriedades dos materiais


FORMAS DE CORROSO A forma auxilia na determinao do mecanismo de corrosoUniforme a corroso ocorre em toda a extenso da superfcie Por placas forma-se placas com escavaesAlveolar produz sulcos de escavaes semelhantes alveolos (tem fundo arredondado e so rasos) Puntiforme ocorre a formao de pontos profundos (pites)Intergranular ocorre entre grosIntragranular a corroso ocorre nos grosFiliforme a corroso ocorre na forma de finos filamentosPor esfoliao a corroso ocorre em diferentes camadas


FORMAS DE CORROSO


PRINCIPAIS MEIOS CORROSIVOS * Todos esses meios podem ter caractersticas cidas, bsicas ou neutra e podem ser aeradas.Atmosfera (poeira, poluio, umidade, gases:CO, CO2, SO2, H2S, NO2,...)gua (bactrias dispersas: corroso microbiolgica; chuva cida, etc.)Solo (acidez, porosidade)Produtos qumicos Um determinado meio pode ser extremamente agressivo, sob o ponto de vista da corroso, para um determinado material e inofensivo para outro.


PRODUTOS DA CORROSO Muitas vezes os produtos da corroso so requisitos importantes na escolha dos material para determinada aplicao.Alguns exemplos onde os produtos da corroso so importantes:Os produtos de corroso dos materiais usados para embalagens na indstria alimentcia deve no ser txico como tambm no pode alterar o sabor dos alimentos.Pode ocorrer, devido a corroso, a liberao de gases txicos e inflamveis (riscos de exploso)Materiais para implantes de ossos humanos, implante dentrio, marcapassos, etc.


MECANISMOS DA CORROSO

Mecanismo Qumico (AO QUMICA)Mecanismo Eletroqumico


MECANISMO QUMICONeste caso h reao direta com o meio corrosivo, sendo os casos mais comuns a reao com o oxignio (OXIDAO SECA), a dissoluo e a formao de compostos.A corroso qumica pode ser por:Dissoluo simples exemplo: dissoluo do Cobre em HNO3Dissoluo preferencial exemplo: dissoluo preferencial de fases ou planos atmicosFormao de ligas e compostos (xidos, ons, etc.), na qual se d geralmente por difuso atmica


CONSIDERAES SOBRE DISSOLUOA dissoluo geralmente envolve solventes. Exemplo: a gasolina dissolve mangueira de borracha.a-Molculas e ons pequenos se dissolvem mais facilmente.Exemplo: sais so bastante solveisb-A solubilidade ocorre mais facilmente quando o soluto e o solvente tem estruturas semelhantes.Exemplo: Materiais orgnicos e solventes orgnicos (plstico + acetona)c-A presena de dois solutos pode produzir mais solubilidade que um s.Exemplo: CaCO3 insolvel em gua, mas solvel em gua mais CO2 formando cido carbnico.d- A velocidade de dissoluo aumenta com a temperatura


EXEMPLO DE CORROSO P/ AO QUMICA: OXIDAO SECAA oxidao ao ar seco no se constitui corroso eletroqumica porque no h eletrlito (soluo aquosa para permitir o movimento dos ons).Reao genrica da oxidao seca:METAL + OXIGNIO XIDO DO METALGeralmente, o xido do metal forma uma camada passivadora que constitui uma barreira para que a oxidao continue (barreira para a entrada de O2).Essa camada passivadora fina e aderente.A oxidao s se processa por difuso do oxignio


EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE XIDO, COM PROTEO EFICIENTEAlFe a altas temp.PbCrAo inoxTi


EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE XIDO COM PROTEO INEFICIENTEMg

Fe


OXIDAO DO FERRO AO AR SECOFe + O2 FeO T= 1000 C

3Fe + 2O2 Fe3O4T= 600 C

2Fe + 3/2 O2 Fe2O3T= 400 C


TAXA DE OXIDAOA taxa de aumento de espessura da pelcula xido e a tendncia da pelcula de proteger o metal esto relacionados aos volumes relativos de xido e de metal.A razo entre esses volumes conhecida como razo de Pilling-Bedworth (RAZO P-B)


Razo de Pilling-Bedworth

Razo P-B = A0 M AM 0 Ao= peso molecular do xidoAM= peso molecular do metal0 = densidade do xidoM = densidade do metal



Razo P-B< 1

A pelcula tende a ser porosa e no protetora, pois ela insuficiente para cobrir toda a superfcie metlica



Razo P-B> 2-3

O revestimento de xido pode trincar e quebrar, o que expe a superfcie do metal fresca e no protegida


Outros fatores que influenciam a resistncia oxidao conferida pela pelcula

Grau de aderncia entre a pelcula e metal= altaCoeficientes de expanso trmica para o metal e o xido= prximosPonto de fuso do xido= altoPlasticidade a altas temperaturas= boa


CINTICA DO OXIDAOA TAXA DA REAO PODE SER MEDIDA PELO GANHO DE PESO POR UNIDADE DE REA EM FUNO DO TEMPOQuando o xido no poroso e adere superfcie do metal a taxa de crescimento da pelcula controlada pela difuso inica


CINTICA DO OXIDAOPara xido no-poroso e aderente superfcie do metalW2= K1t + K2

W= ganho de peso por unidade de reat= tempoK1 e K2 so constantes independente do tempoDependncia parablica


CINTICA DO OXIDAOPara xido poroso e que se desfolha

W= K3t

K3 uma constante independente do tempo

Nessa situao o oxignio est sempre disponvel para reao com uma superfcie metlica no protegida (o xido no atua como uma barreira para a oxidao prosseguir)Dependncia linear


CINTICA DO OXIDAOPara xido muito fino (espessura < 100nm)

W= K4log (K5t + K6)

K representa valores constantes independentes do tempo

Dependncia logartmica


CORROSO ELETROQUMICAAs reaes que ocorrem na corroso eletroqumica envolvem transferncia de eltrons. Portanto, so reaes andicas e catdicas (REAES DE OXIDAO E REDUO)A corroso eletroqumica envolve a presena de uma soluo que permite o movimento dos ons.


CORROSO ELETROQUMICA

O processo de corroso eletroqumica devido ao fluxo de eltrons, que se desloca de uma rea da superfcie metlica para a outra. Esse movimento de eltrons devido a diferena de potencial, de natureza eletroqumica, que se estabelece entre as regies.


EXEMPLO DE CORROSO ELETROQUMICAOXIDAOREDUO


POTNCIAL PADRO DOS METAIS EM RELAO AO PADRO DE HIDROGNIO


SRIE GALVNICA


CORROSO ELETROQUMICA:TIPOS DE PILHAS OU CLULAS ELETROQUMICASPilha de corroso formada por materiais de natureza qumica diferentePilha de corroso formada pelo mesmo material, mas de eletrlitos de concentrao diferentesPilha de corroso formada pelo mesmo material e mesmo eletrlito, porm com teores de gases dissolvidos diferentesPilha de corroso de temperaturas diferentes


-Pilha de corroso formada por materiais de natureza qumica diferente tambm conhecida como corroso galvnica

A diferena de potencial que leva corroso eletroqumica devido ao contato de dois materiais de natureza qumica diferente em presena de um eletrlito.Exemplo: Uma pea de Cu e outra de Ferro em contato com a gua salgada. O Ferro tem maior tendncia de se oxidar que o Cu, ento o Fe sofrer corroso intensa.


FORMAO DE PARES GALVNICOSQuanto mais separados na srie galvnica, maior a ao eletroqumica quando estiverem juntos.


MEIOS DE PREVENO CONTRA A CORROSO GALVNICA- Evitar contato metal-metal coloca-se entre os mesmos um material no-condutor (isolante)

- Usar InibidoresUsa-se principalmente o componente usado em equipamentos qumicos onde haja lquido agressivo.


-Pilha de corroso formada pelo mesmo material, mas de eletrlitos de concentrao diferentesDependendo das condies de trabalho, funcionar como:

NODO: o material que tiver imerso na soluo diludaCTODO: o material que tiver imerso na soluo mais concentrada


-Pilha de corroso formada pelo mesmo material e mesmo eletrlito, porm com teores de gases dissolvidos diferentes tambm chamada de corroso por aerao diferenciada.

Observa-se que quando o oxignio do ar tem acesso superfcie mida do metal a corroso aumenta, sendo MAIS INTENSA NA PARTE COM DEFICINCIA EM OXIGNIO.


-Pilha de corroso formada pelo mesmo material e mesmo eletrlito, porm com teores de gases dissolvidos diferentesNo ctodo: H2O + O2 + 2 eltrons 2 (OH-) MAIS AERADO

Os eltrons para a reduo da gua vem das reas deficientes em oxignio.No nodo: OCORRE A OXIDAO DO MATERIAL NAS REAS MENOS AERADAS


-Pilha de corroso formada pelo mesmo material e mesmo eletrlito, porm com teores de gases dissolvidosdiferentes

Sujeiras, trincas, fissuras, etc. atuam como focos para a corroso (levando corroso localizada) porque so regies menos aeradas.

A acumulao de sujeiras, xidos (ferrugem) dificultam a passagem de Oxignio agravando a corroso.


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EXEMPLO: CORROSO DO FERRO POR AERAO DIFERENCIADA.Fe + Ar mido (oxignio mais gua)No nodo:REGIO MENOS AERADAFe (s) Fe+2 + 2 eltronsE= + 0,440 Volts

No ctodo:REGIO MAIS AERADAH2O + O2 + 2 eltrons 2 (OH-)E= + 0,401 Volts

Logo:Fe+2 + 2 (OH-) Fe(OH)2

O Fe(OH)2 continua se oxidando e forma a ferrugem2 Fe(OH)2 + O2 + H2O 2 Fe(OH-)3 ou Fe2O3.H2O


-Pilha de corroso de temperaturas diferentesEm geral, o aumento da temperatura aumenta a velocidade de corroso, porque aumenta a difuso.

Por outro lado, a temperatura tambm pode diminuir a velocidade de corroso atravs da eliminao de gases, como O2 por exemplo.


INFLUNCIA DA CONCENTRAO E DA TEMPERATURA NO POTENCIAL DO ELETRODOM1M1n+ + ne--V10

M2 + ne- M2+V20

Potencial Global:

V0= V20 -V10


INFLUNCIA DA CONCENTRAO E DA TEMPERATURA NO POTENCIAL DO ELETRODO

V0= V20 -V10- RT ln [M1n+] ...nF ...[M1n+]

R= constante dos gasesn= nmero de eltrons que participam das reaesF= constante de Faraday (9.500 C/mol)


INFLUNCIA DA CONCENTRAO E DA TEMPERATURA NO POTENCIAL DO ELETRODOA 25C

V0= V20 -V10- 0,0592 log [M1n+] ...n .. . [M1n+]

R= constante dos gasesn= nmero de eltrons que participam das reaesF= constante de Faraday (9.500 C/mol)


EFEITOS DA MICROESTRUTURACORROSO INTERGRANULARO contorno de gro funciona como regio andica, devido ao grande nmero de discordncias presentes nessa regio.


EFEITOS DA MICROESTRUTURAA presena de diferentes fases no material, leva a diferentes f.e.m e com isso, na presena de meios lquidos, pode ocorrer corroso preferencial de uma dessas fases.


EFEITOS DA MICROESTRUTURADiferenas composicionais levam a diferentes potenciais qumicos e com isso, na presena de meios lquidos, pode ocorrer corroso localizada.Exemplo: Corroso intergranular no Ao inox


EFEITOS DA MICROESTRUTURAA presena de tenses levam a diferentes f.e.m e com isso, na presena de meios lquidos, pode ocorrer corroso localizada.A regio tensionada tm um maior nmero de discordncias, e o material fica mais reativo.

EX: regio de solda, dobras, etc


EXEMPLOS DE CORROSO SOB TENSO


EFEITOS DA MICROESTRUTURA

Cavidades, porosidades ou trincas tambm funcionam como regies andicas


TAXAS DE CORROSOTaxa de penetrao da corroso (TPC) ou perda da espessura do material por unidade de tempo

TPC= KW AtW= perda de peso aps algum tempo de exposiot= tempo de exposio= densidadeA= rea da amostra que est expostaK uma constante que depende da magnitude das unidades (k=87,6 para mm/ano)


TAXAS DE CORROSO em termos de corrente eltricaDensidade de corrente

R = i nF

R= taxa de corroso em mol/m2.sn= nmero de eltrons associados ionizao de cada tomo metlicoF= constante de faraday


POLARIZAOCorresponde ao deslocamento de cada potencial de eletrodo em relao ao seu valor de equilbrio (referncia com eletrodo padro de Hidrognio)A magnitude desse deslocamento chamada de sobrevoltagem () expressa em milivolts


POLARIZAO Exemplo sobrevoltagem () VZn0= - 0,621 VVZn conectado ao eletrodo de platina numa soluo de 1 M de H+ - 0,763 VLogo: sobrevoltagem ()= - 0,621 V (- 0,763 V)= +0,142V


TIPOS DE POLARIZAOAtivaoConcentrao


POLARIZAO POR ATIVAO

O termo Ativao aplicado a etapa mais lenta da reao que limita a taxa da reao devido barreira de energia associada a esta.


PRINCIPAIS MEIOS DE PROTEO CONTRA A CORROSOPINTURAS OU VERNIZES RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTRO METAL MAIS RESISTENTE CORROSOGALVANIZAO: Recobrimento com um metal mais eletropositivo (menos resistente corroso)PROTEO ELETROLTICA OU PROTEO CATDICA


PINTURAS OU VERNIZES

Separa o metal do meioExemplo: Primer em ao


RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTRO METAL MAIS RESISTENTE CORROSO Separa o metal do meio.Exemplo: Cromagem, Niquelagem, Alclads, folhas de flandres, revestimento de arames com Cobre, etc.Dependendo do revestimento e do material revestido, pode haver formao de uma pilha de corroso quando houver rompimento do revestimento em algum ponto, acelerando assim o processo de corroso.


PROTEO NO-GALVNICA

Folhas de flandres: So folhas finas de ao revestidas com estanho que so usadas na fabricao de latas para a indstria alimentcia. O estanho atua como nodo somente at haver rompimento da camada protetora em algum ponto. Aps, atua como ctodo, fazendo ento que o ao atue como nodo, corroendo-se.


PROTEO GALVNICARecobrimento com um metal mais eletropositivo (menos resistente corroso) separa o metal do meio.Exemplo: Recobrimento do ao com Zinco.O Zinco mais eletropositivo que o Ferro, ento enquanto houver Zinco o ao ou ferro esta protegido. Veja os potenciais de oxidao do Fe e Zn: oxi do Zinco= + 0,763 Volts oxi do Ferro= + 0,440 Volts


PROTEO ELETROLTICA OU PROTEO CATDICAUtiliza-se o processo de formao de pares metlicos (UM DE SACRIFCIO), que consiste em unir-se intimamente o metal a ser protegido com o metal protetor, o qual deve ser mais eletropositivo (MAIOR POTNCIAL DE OXIDAO NO MEIO) que o primeiro, ou seja, deve apresentar um maior tendncia de sofrer corroso.


FORMAO DE PARES METLICOS muito comum usar nodos de sacrifcios em tubulaes de ferro ou ao em subsolo e em navios e tanques.


NODOS DE SACRIFCIO MAIS COMUNS PARA FERRO E AO

ZnAlMg


MATERIAIS CERMICOS

So relativamente inertes temperatura ambienteAlguns s so atacados altas temperaturas por metais lquidosO processo de corroso por dissoluo mais comum nas cermicas do que a corroso eletroqumica


MATERIAIS POLIMRICOS

Quando expostos certos lquidos os polmeros podem ser atacados ou dissolvidosA exposio dos polmeros radiao e ao calor pode promover a quebra de ligaes e com isso a deteriorao de suas propriedades fsicas.Para os polmeros usa-se o termo degradao e no corroso pois um processo fsico-qumico.


Processos de degradao nos polmeros

InchamentoDissoluoRuptura de ligao resultante da incidncia da radiao ou por aplicao de calor


Processos de degradao nos polmerosInchamento

Quando o lquido ou o soluto se difunde para o interior sendo absorvido pelo mesmo.O inchamento ocorre porque: as pequenas molculas de soluto ocupam posies entre as molculas do polmero, o que leva a uma reduo das foras de ligao intermoleculares tornando o material mais mole e mais dctilNo inchamento ocorre dissoluo apenas parcial


MATERIAIS POLIMRICOSDissoluo


MATERIAIS POLIMRICOS(ELASTMEROS)

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