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Corrosão
Materiais para a Indústria Química
Prof. Dr. Cassius Olivio Figueiredo Terra Ruchert, Associado
Sumário da Aula
• Introdução• Formas de Corrosão• Formas de Proteção• Desgaste
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 2/105
CORROSÃODEFINIÇÕES
Corrosão deterioração de um material por ação química ou eletroquímicado meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos, tornando-o imprópriopara o uso.
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• É a deterioração e a perda de material devido a ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliado ou não a esforços mecânicos.
• A deterioração leva: Ao desgaste À variações químicas na composição À modificação estruturais
• Em geral a corrosão é um processo espontâneo
Corrosão Metálica
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• O Engenheiro deve:
Saber como evitar condições de corrosão severa Proteger adequadamente os materiais contra a corrosão
Corrosão Metálica• Nos processos de corrosão, os
metais reagem com o meioproduzindo compostos semelhantesaos encontrados na natureza. Nestecaso a corrosão funciona como oinverso dos processos metalúrgicos
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• Se caracteriza basicamente por:
Presença de água no estadolíquido (corrosão no meioaquoso)
Formação de uma pilha oucélula de corrosão, com acirculação de elétrons nasuperfície metálica.
Corrosão Eletroquímica
Anodo CatodoEletrólito
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Pilhas Eletroquímicas
• Basicamente uma pilha eletroquímica apresenta os seguintescomponentes:
a) Anodo: Eletrodo em que há oxidação (corrosão/redução) e ondea corrente elétrica, na forma de íons metálicos positivos, entrano eletrólito;
b) Eletrólito: Condutor (usualmente um líquido) contendo íons quetransportam a corrente elétrica do anodo para o catodo;
c) Catodo: Eletrodo onde a corrente elétrica sai do eletrólito (oueletrodo) no qual as cargas negativas (elétrons) provocamreações de redução (oxidação);
d) Circuito metálico: Ligação metálica entre o anodo e o catodo poronde escoam os elétrons, no sentido anodo-catodo.
Caso Retire um destes componentes elimina-se a pilha
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Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes
CORROSÃO GALVÂNICA:- Dois metais diferentes em contato, imersos num mesmo eletrólito.
Corrosão Galvânica em tubo deaço carbono com válvula de latão(Cu+Zn)
CORROI
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• Para os materiais metálicos oprocesso de corrosão envolvenormalmente uma transferênciade elétrons• Os átomos metálicos perdem oucedem elétrons(oxidação/Redução)
Corrosão Eletroquímica
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• Os elétrons gerados de cada átomo de metal que é oxidadodevem ser transferidos para outro componente químico (redução)
• As reações são de redução dos íons do meio corrosivo, asprincipais reações são:
Em meios aerados: caso normal de água do mar e naturaisH2O + 1/2 O2 + 2e 2 OH-
Em meios desaerados: caso comum em águas docesindustriais2 H2O + 2e H2 + 2 OH-
Corrosão Eletroquímica
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• Alguns metais podem sofrer corrosão em soluções ácidas,que têm elevadas concentrações de íons hidrogênio (H+).Nesse caso há uma reação de redução do hidrogênio
Corrosão Eletroquímica
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• Neste caso há reação direta com o meio corrosivo, sendo oscasos mais comuns a reação com o oxigênio (OXIDAÇÃO SECA)
• Reação genérica da oxidação seca:
METAL + OXIGÊNIO ÓXIDO DO METAL• Geralmente , o óxido do metal forma uma camada passiva queconstitui uma barreira para que a oxidação continue (barreirapara a entrada de O2).• Essa camada passiva é fina e aderente e alguns óxidos dedeterminados metais podem formar proteções eficientes contra acorrosão
Corrosão Química
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QUANTO MAIS NEGATIVO O POTENCIAL, MAIS FÁCIL A CORROSÃO
Fe mais negativo que o latão: o Fe corrói e o Latão
não!
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Camada Passiva de ÓxidoCamadas Passivas
com proteção eficiente
Camadas Passivas com proteção
ineficiente
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Filme de óxido (Cr)• O filme de óxido formado é
invisível, contínuo e suaespessura é inferior a doiscentésimos de µ.
• Tanto a espessura do filmecomo seu teor de Craumentam à medida que semelhora o polimentosuperficial, portanto devese formar sobre umasuperfície metálica limpa
• Se o filme for rompido,instantaneamente serestaura o processo decorrosão se o aço estiverem meio oxidante
Aço Inoxidável
Fe CrFe Cr Fe Cr Fe Cr
O2
O2
O2O2
• Os metais que formam camada passiva com proteção eficiente tornam-se altamente resistentes à corrosão e à oxidação. Isso ocorre porque a formação dessa camada funciona como uma barreira protetora contra os agentes agressivos especialmente na corrosão eletroquímica, pois separa o metal do eletrólito
Passividade
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•Pode-se observar o efeito do filme de óxido em metais passiváveis em relação a outros metais – a partir do ponto 3 observa -se que mesmo aumentando o poder oxidante da solução não há aumento da taxa de corrosão, isso ocorre devido ao filme de óxido formado
Passividade
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Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes
PILHA ATIVA-PASSIVA:• Passivação por formação de óxido ou outro
composto insolúvel nas suas superfícies. Ex:Al, Pb, Aço Inox, Ti e Cr;
• Área passivada: catodo.
• Íons Cl-, Br- e I- → Destroem apassivação ou impedem sua formação;
Destruição da passividade –pontos desprotegidos→ Pontos de metal ativo(anodos) vizinho de áreas de metal passivado (catodos): gera ddp da ordemde 0,5 V = PILHA ATIVA-PASSIVA.
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Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes
PILHA de AÇÃO LOCAL:
Na peça de Zn:
• Impurezas (Fe, C e Cu)são microcatodos;
• Zn é o Anodo- Corroi
Placa de Zn impura em solução de H2SO4 = Pilha de Ação Local
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Pilhas de Concentração
PILHA de CONCENTRAÇÃO IÔNICAEletrodos de mesmo material em contato com diferentes concentrações deum mesmo eletrólito.
Pilha de Concentração Iônica
- ANODO → eletrodo imerso na solução mais diluída.- CATODO → eletrodo imerso na solução mais concentrada.
Cu2+(aq) + 2e- ↔ Cu(s)
CORROI
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Pilhas de Concentração
PILHA de AERAÇÃO DIFERENCIALEletrodos de mesmo material, mesmo eletrólito, diferentes teores degases dissolvidos.Somente pela equação de Nernst: o anodo é o menos aerado.
Pilha de Aeração Diferencial
CORROI
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Pilhas de Temperaturas Diferentes
PILHA TERMOGALVÂNICA
• Eletrodos de mesmo material, eletrólito em diferentes temperaturas.
• Aumento da Temperatura → acelera o processo corrosivo.
ANODO → Temperatura maior- corroi!CATODO → Temperatura menor.
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Sumário da Aula
• Introdução• Formas de Corrosão• Formas de Proteção
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• Uniforme → a corrosão ocorre em toda a extensão da supefície
• Por placas → forma-se placas com escavações
• Alveolar → produz sulcos de escavações semelhantes à alveolos (tem fundoarredondado e são rasos)
• Puntiforme → ocorre a formação de pontos profundos (pites)
• Intergranular (Intercristalina) → ocorre entre grãos
• Intragranular (Transgranular/Transcristalina) → a corrosão ocorre nos grãos
• Filiforme → a corrosão ocorre na forma de finos filamentos
• Por esfoliação → a corrosão ocorre em diferentes camadas tipo “laminadas”
Formas de Corrosão
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• Corrosão Seletiva → Consiste na dissolução preferencial de um elementoconstituinte de uma liga (grafítica, dezinficação; desaluminação, descobaltização)
Grafítica → Corrosão seletiva ocorrida no Fofo cinzento, corroendo ometal base e sobrando a grafita;
Dezincificação → Corrosão seletiva em ligas de Cobre-Zinco (Latões),com regiões avermelhadas em contraste com o amarelo do latão (Corrosãopreferencial do Zn);
• Empolamento pelo hidrogênio (Fragilização por hidrogênio) → Formação deregiões com bolhas de hidrogênio molecular H2 preferencialmente no contorno dogrão fragilizando o material.
• Em torno do cordão de solda → Ocorre em aços inox não estabilizados ou comteores de carbono maiores que 0,03%, com corrosão intergranular (ver fig. abaixo).
(Continuação)
Corrosão em torno de cordão de solda em (a) tanque e (b) tubulação de aço inoxidável AISI 304.
(a) (b)
• É o tipo mais comum de corrosão ese caracteriza por se apresentarsobre toda a superfície da peça• É comum em metais que nãoformam camadas passivas protetoras• A formação de ferrugem no açopode ser considerada como corrosãouniforme• No processo de ferrugem há aoxidação do ferro, formandohidróxido de ferro [ Fe(OH)2] queposteriormente se oxida formandohidrato de óxido férrico
Corrosão Uniforme
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 32/105
• Ocorre quando os produtosde corrosão formam-se emplacas que se desprendemprogressivamente. É comumem metais que formampelícula inicialmente protetoramas que, ao se tornaremespessas, fraturam e perdemaderência, expondo o metal anovo ataque
Corrosão por Placas
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• Quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob formalocalizada, com o aspecto de crateras.• É freqüente em metais formadores de películas semi protetorasou quando se tem corrosão sob depósito, como no caso dacorrosão por aeração diferencial
Corrosão Alveolar
Corrosão “alveolar” em tubo de aço carbono
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• Esse tipo de corrosão não se apresenta com um aspectohomogêneo sobre toda a superfície, mas concentrado em craterasde pequeno diâmetro e grande profundidade• É freqüente em metais formadores de camadas passivasprotetoras que sob a ação de certos agentes agressivos sãodestruídas em pontos localizados, os quais tornam-se ativospossibilitando uma corrosão muito intensa
Corrosão por Pites
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 35/105
• Na corrosão por pite a oxidação ocorre no próprio pite• A força da gravidade faz com que os pites se direcionem parabaixo (extremidade do pite) onde se encontra cada vez maisconcentrada e agressiva fazendo com que o processo de corrosãose intensifique na extremidade e o pite aumente
Corrosão Puntiforme ou por Pites
Corrosão por “pites” em tubo de aço inoxidável AISI304
Seção parcial de um tubo
caracterizando a corrosão por
“pite”
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• Se processa sob a forma de finos filamentos, mas não profundos,que se propagam em diferentes direções.• Ocorre geralmente em superfícies metálicas revestidas comtintas ou metais.• É observada mais freqüentemente em revestimentos maispermeáveis à penetração de oxigênio e água, ou aindaapresentando falhas e riscos.
Corrosão Filiforme
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 38/105
• Se processa de forma paralela à superfície metálica.• Ocorre em chapas ou componentes extrudados cujos grãos foramachatados ou alongados, criando condições para que inclusões ousegregações sejam transformadas, devido ao trabalho mecânico,em plaquetas alongadas. Caso estas sejam atingidas pela corrosão(por frestas por exemplo) ocorre a separação das camadas edesintegração do material
Corrosão por Esfoliação
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 39/105
• Ocorre em fendas , pontos de contato entre materiais iguais oudiferentes e sob depósitos de sujeira ou de produtos de corrosãoonde a solução se torna estagnada e há presença insuficiente deoxigênio para formação da camada passiva.• A fenda deve ser ampla o suficiente para que a solução penetre,porém estreita o suficiente para que haja estagnação do fluido
Corrosão em Frestas
Solda descontínuaRosca
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 40/105
• Um exemplo de corrosão em frestas é o que ocorre em açosinoxidáveis em eletrólito contendo íons H+ e Cl-• Após o oxigênio ter se exaurido na região que está localizada nointerior da fresta, a oxidação do metal ocorre• Os elétrons dessa reação eletroquímica são conduzidos pelometal para regiões externas à fresta onde são consumidos emreações de redução• A solução que se encontrano interior da fenda desenvolveconcentrações de íons H+ e Cl-que destroem a camada passivade aços inoxidáveis
Corrosão em Frestas
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 41/105
• Ocorre preferencialmente aolongo dos contornos de grãos paraalgumas ligas e em ambientesespecíficosa• O resultado é que uma amostrase desintegra ao longo dos seuscontornos longo dos seus contornosde grãos• A composição química e otratamento térmico são fatoresbastante importantes para esse tipode corrosão• Sensitização de aços inoxidáveis
Corrosão Intergranular
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 42/105
• Quando o fenômeno se manifestasob a forma de trincas que sepropagam pelo interior dos grãosdo material, como no caso dacorrosão sob tensão de açosinoxidáveis austeníticos.
Corrosão Intergranular
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 43/105
• A corrosão galvânica ocorrequando dois metais ou ligas decomposições diferentes sãoacoplados eletricamente e expostosa um eletrólito• O metal menos nobre, ou maisreativo irá experimentar a corrosãoe o metal mais inerte vai serprotegido contra a corrosão• A série galvânica ao lado indica asreatividades relativas de umavariedade de metais e ligas
Corrosão Galvânica
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 46/105
• Quando dois metais sãoacoplados em umeletrólito aquela queestiver mais abaixo nasérie galvânica sofrerácorrosão• Em certos eletrólitos oaço inoxidável pode ter apelícula passiva quebradalevando-o do estadopassivo para um estadoativo
Corrosão Galvânica
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 47/105
• Consite na dissolução preferencial de um elemento constituintede uma liga.• O caso mais comum é o do latão (dezincificação), podendoocorrer também em outras ligas com remoção de alumínio(desaluminização), cobalto (descobaltização), ferro (grafitização),cromo, etc...• Na corrosão seletiva do latão, o zinco é corroídopreferencialmente, deixando o material frágil e poroso.
Corrosão Seletiva
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 48/105
A corrosão seletiva do latão é facilmentedetectada pelo aparecimento de regiõesde cor avermelhada, típica do cobre, quecontrasta com a cor amarelada doslatões.
Na corrosão seletiva do ferro fundidocinzento ocorre perda de Fe, restandouma massa porosa, de aspecto escuro(típico do grafite), vazios e ferrugem,facilmente retirável mecanicamente.
Corrosão Seletiva
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 49/105
• O hidrogênio atômico H+ penetrano material metálico e, em funçãode seu pequeno volume, difunde-se rapidamente em regiões comdescontinuidades, como inclusõese vazios, transformando-se em H2,exercendo pressão e originando aformação de bolhas (fragilização)..
Fragilização por Hidrogênio
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 50/105
• Fadiga é a tendência de ummetal fraturar quando sujeito asolicitações mecânicas alternadasou cíclicas.• Quando um componente ésujeito a esforços cíclicos nummeio que o pode atacar químicaou eletroquimicamente,verificam-se condições para queocorra corrosão sob fadiga
Corrosão por Fadiga
Curva de fadiga e corrosão sob fadiga para um material ferroso
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 51/105
• Pode aparecer em quase todosos tipos de metais. Está ligada àexistência conjunta de eletrólitos etensões mecânicas e podemavançar para o interior do metal• Pequenas trincas se formam eentão se propagam em umadireção perpendicular à tensão,com o resultado de que por fimuma falha pode ocorrer• O comportamento da falha écaracterístico do apresentado poruma material frágil
Corrosão sob Tensão
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 52/105
• A maioria das ligas é suscetível àcorrosão sob ambientes específicos• Por exemplo, o latão é vulnerávelquando exposto à amônia(fotomicrografia) enquanto quemaioria dos aços inoxidáveis sofremcorrosão sob tensão em soluçõesque contém íons cloreto• Entre os aços inoxidáveis osausteníticos são os que apresentammaior sensibilidade à corrosão sobtensão, surgindo principalmente naszonas onde há deformação plástica
Corrosão sob Tensão
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 53/105
• Ocorre devido à ação combinada de um ataque químico e daabrasão mecânica ou desgaste como uma conseqüência domovimento de um fluido• Ela é especialmente prejudicial aos metais passiváveis pois a açãoabrasiva pode causar uma erosão da película de óxido deixando asuperfície do metal exposta
Corrosão - Erosão
• Se a película não for capaz de se recomporrapidamente a corrosão pode ser severa• A natureza do fluido exerce forte influênciasobre a corrosão assim como a velocidade dofluido e a presença de bolhas e sólidos empartículas
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 54/105
• Caso particular de corrosão -erosão• Formação de bolhas de vaporem função da queda de pressão(local) e posterior implosãosobre a superfície metálica (jána zona de pressão);• É freqüente em sistemas ondeo líquido se move a altasvelocidades e onde ocorramvariações bruscas de pressão:bombas, turbinas, hélices denavios, etc...
Corrosão - Cavitação
1- formação da bolha de vapor;
2- implosão e destruição do filme passivo;
3- formação de novo filme;
4- repetição do processo.
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 56/105
Corrosão - Cavitação
Pites ou alvéolosocasionados porcavitação, ondeocorreu reduçãobrusca do diâmetroda tubulação
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 57/105
Exemplo de turbina Francis com cavitação ( EFEI,1999)
Exemplo de cavitação e corrosão de um rotor de aço inox 316
• Ocorre nas áreas decontato entre os materiaisquando sob carga eexecutando movimento deescorregamento ouvibração;
• Provoca o desgastemetálico e a formação departículas de óxidos,levando ao aparecimentode folgas entre assuperfícies de contato.
Corrosão sob Atrito
a) as superfícies estão inicialmente revestidas por uma camada de óxido;
b) o movimento relativo remove a camada em alguns pontos;
c) o óxido é novamente formado e o processo se repete.
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 60/105
• Atmosfera (poeira, poluição, umidade, gases:CO, CO2, SO2, H2S,NO2,...)• Água (bactérias dispersas: corrosão microbiológica; chuva ácida,etc.)• Solo (acidez, porosidade)• Produtos Químicos• Um determinado meio pode ser extremamente agressivo, sob oponto de vista da corrosão, para determinado material e inofensivopara outro• Todos esses meios podem ter características ácidas, básicas ouneutra e podem ser aeradas.
Principais Meios Corrosivos
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 61/105
• Muitas vezes os produtos da corrosão são requisitos importantesna escolha dos material para determinada aplicação
• Alguns exemplos onde os produtos da corrosão são importantes:
Os produtos de corrosão dos materiais usados paraembalagens na indústria alimentícia deve não ser tóxico comotambém não pode alterar o sabor dos alimentos.
Pode ocorrer, devido a corrosão, a liberação de gases tóxicose inflamáveis (riscos de explosão)
Materiais para implantes de ossos humanos, implantedentário, marcapassos, etc.
Produtos da Corrosão
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 62/105
Sumário da Aula
• Introdução• Formas de Corrosão• Formas de Proteção
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 63/105
• Pinturas ou vernizes
• Recobrimento do metal com outro metal mais resistente àcorrosão
• Galvanização: Recobrimento com um metal mais eletropositivo(menos resistente à corrosão)
• Proteção eletrolítica ou proteção catódica
Principais Meios de Proteção Contra a Corrosão
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 64/105
• Separa o metal do meio
• Exemplo: Primer em Aço
Pinturas ou Vernizes
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 65/105
Proteção Não-Galvânica
Folhas de flandres: São folhas finas de aço revestidas comestanho que são usadas na fabricação de latas para a indústriaalimentícia. O estanho atua como ânodo somente até haverrompimento da camada protetora em algum ponto. Após,atua como cátodo, fazendo então que o aço atue como anodo,corroendo-se
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 66/105
• Recobrimento do metal com outro metal mais resistente àcorrosção
• 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 haverformação de uma pilha de corrosão quando houver rompimento dorevestimento em algum ponto, acelerando assim o processo decorrosão
Proteção Galvânica
EMM – EESC – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 45/83
• Exemplo: Recobrimento do aço com zinco
O Zinco é mais eletropositivo que o Ferro, entãoenquanto houver Zinco o aço ou ferro esta protegido. Veja ospotenciais de oxidação do Fe e Zn:
ε° oxi do Zinco= + 0,763 Voltsε° oxi do Ferro= + 0,440 Volts
Proteção Galvânica
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 68/105
• A proteção anódica utiliza-se de um revestimento catódico, orevestimento é mais nobre que o metal base protege-o contra acorrosão. Um grande problema desse tipo de proteção é quequalquer porosidade ou ruptura desta camada provocará oaparecimento de uma célula galvânica onde o metal base é oanodo e sofrerá uma corrosão localizada. Portanto, norevestimento catódico deve-se ter o cuidado para não deixar falhasno mesmo
Proteção Anódica
• Os revestimentos catódicosaplicados sobre o aço são oestanho, chumbo, níquel,cromo, cobre e os metais raroscomo prata ouro e platina
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 69/105
• Este método de proteção contra a corrosão é empregadoprincipalmente em estruturas metálicas de grandes dimensões(navios, tubulações) sujeitas a ação corrosiva da água do mar outerrenos úmidos• Tem como princípio a formação de uma pilha galvânica entre omaterial a proteger e um eletrodo de sacrifício, que faz o papel deânodo e deve ser mais eletropositivo ( maior potencial de oxidaçãono meio) que o primeiro, ou seja, deve apresentar maior corrosão
Proteção Catódica
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 70/105
• Utiliza-se o processo de formação de pares metálicos (UM É DESACRIFÍCIO), que consiste em unir-se intimamente o metal a serprotegido com o metal protetor, o qual deve ser mais eletropositivo(MAIOR POTÊNCIAL DE OXIDAÇÃO NO MEIO) que o primeiro, ouseja, deve apresentar um maior tendência de sofrer corrosão
• É muito comum usar ânodos de sacrifícios em tubulações deferro ou aço em subsolo e em navios e tanques
• Ânodos de sacrifício mais comuns para ferro e aços: Zn AL Mg
Proteção Eletrolítica (Catódica)
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 71/105
• O objetivo é provocar a formação de uma camada protetora queinibe a corrosão e não se solte nos diferentes ambientes em que ometal é aplicado
Tratamento Químico ou Eletroquímico
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 72/105
• Anodização: oxidação anódica para produção de uma camadapura de óxido artificial protetor. Produz uma camada transparente,mantendo o aspecto inicial do metal. Muito utilizado para aproteção do alumínio
• Fosfatização: processo de proteção de metais que consiste emrecobrir as peças metálicas com fosfatos neutros (PO4-3) emonofosfátos [H(PO4) -2], de zinco, manganês ou ferro
• Cromatização: o revestimento é obtido a partir de solução decromato e ácido crômico. Pode ser feito sobre metal ou sobreóxidos. Usado para revestir vários metais nãoferrosos(Al,Zn,Cd,Mg,..)
Tratamento Químico ou Eletroquímico
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 73/105
• São relativamente inertes à temperatura ambiente
• Alguns só são atacados à altas temperaturas por metais líquidos
• O processo de corrosão por dissolução é mais comum nascerâmicas do que a corrosão eletroquímica
Materiais Cerâmicos
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 74/105
• Quando expostos à certos líquidos os polímeros podem seratacados ou dissolvidos
• A exposição dos polímeros à radiação e ao calor pode promover aquebra de ligações e com isso a deterioração de suas propriedadesfísicas
Materiais Poliméricos
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 75/105
Materiais PoliméricosWeak Acid
Strong Acid
Weak Base
Strong Base
Organic Solvent
Ozone
Fluorocarbons Resistant Resistant Resistant Resistant Resistant Resistant
PMMA Resistant Attacked Resistant Attacked Attacked Resistant
Nylon Resistant Attacked Resistant Resistant Resistant Attacked
Low Density PE Resistant Attacked Resistant Resistant Resistant Attacked
High Density PE Resistant Attacked Resistant Resistant Resistant Attacked
Polypropylene Resistant Attacked Resistant Resistant Resistant Attacked
Polystyrene Resistant Attacked Resistant Resistant Attacked Attacked
Polyvinyl Chloride Resistant Resistant Resistant Resistant Attacked Resistant
Epoxy Resistant Attacked Resistant Resistant Resistant Attacked
Phenolics Attacked Attacked Attacked Attacked Attacked Attacked
Polyesters Attacked Attacked Attacked Attacked Attacked Attacked
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Materiais Poliméricos (Elastômeros)
Dilute Acid
Oxidants Bases Oils Water Ozone
Polyisoprene
Good Poor Fair Poor Good Fair
Neoprene Good Poor Good Good Fair Excellent
Nitrile Good Poor Fair Excellent Excellent Fair
Stryrene –Butadiene
Good Poor Fair Poor Good Fair
Silicone Rubber
Good Fair Excellent
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 77/105
• Inibiores: Substâncias que quando adicionadas ao ambiente emconcentrações baixas, diminuem a sua agressividade. Funcionamento: Reagem com o componenetequimicamente ativo da solução (como o oxigênio dissolvido).Usado em sistemas fechados (radiadores, caldeiras à vapor)
• Barreiras Físicas: Películas e revestimentos (metálicos e nãometálicos)
• Proteção Catódica: Fornecer elétrons (fonte externa) para forçara reação inversa
• Anodo de Sacrifício: Colocar um metal mais reativo próximo
Prevenção
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 78/105
• Aplicação de revestimentos que podem ser:
Revesimentos com produtos da própria reação (tratamentoquímico ou eletroquímico)
Revestimentos metálicos
Revestimentos orgânicos (tintas e resinas)
Revestimentos inorgânicos (esmalte e cimentos)
Métodos para Prevenção
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 79/105
• Para a proteção contra corrosão dos metais pode-se aplicarrevestimentos metálicos que formam camadas protetoras deóxidos e hidróxidos que reagem com o meio corrosivo impedindo acontinuidade do ataque à superfície da peça
• Podemos apresentar um comportamento anódico ou catódicoem relação ao metal base:
Anódico: por exemplo: o Al, Zn e Cd são anódicos emrelação ao aço pois seus potenciais são maiores que o metalbase. Se houver qualquer porosidade, descontinuidade ou falhano revestimento, este protegerá anódicamente o metal base,como uma espécie de ânodo de sacrifício
Revestimentos
EEL – USP Prof. Dr. Cassius Ruchert 80/105
• Para a proteção contra corrosão dos metais pode-se aplicarrevestimentos metálicos que formam camadas protetoras deóxidos e hidróxidos que reagem com o meio corrosivo impedindo acontinuidade do ataque à superfície da peça
• Podemos apresentar um comportamento anódico ou catódicoem relação ao metal base:
Catódico: aplicação de metais mais nobres que o metalbase. Protegem o metal pela formação de uma camadacontínua e não porosa, isolando-o do meio corrosivo, sendoesta camada imune ao ataque do meio
Revestimentos
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• Técnica para se conseguir mudar propriedades superficiais deuma peça sem alterar o substrato
• Melhora nas propriedades de resistência à corrosão e à abrasão
• Requisistos: O material deve ser condutor elétrico e suportar astemperaturas de revestimento sem perder suas propriedadesMaterial com bom acabamento superficial (retífica) Ausência de impurezas e resíduos superficiais Não podem apresentar rebarbar
• Principais processos para revestimento: Aspersão a plasma PVD
Revestimentos
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• Aspersão de um material aquecido em uma superfície paraformação de revestimento
• Material na forma de pó é injetado em uma chama de plasma emultra alta temperatura onde é rapidamente aquecido e acelerado
• Material aquecido impacta no substrato e é rapidamenteresfriado
Aspersão Térmica a Plasma
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• Plasma: gases excitados a níveis energéticos muito altos
• Plasma iniciado por uma descarga elétrica
• Gás de plasma: argônio, hidrogênio, nitrogênio
• Temperatura: de 7000 a 20000 K
• Velocidade da chama: MACH 2
Aspersão Térmica a Plasma
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• Vantagens:
Utilização de materiais com alto ponto de fusão comometais refratários (tungstênio) e cerâmicas Revestimento mais estável Versatilidade
• Desvantagens:
Complexidade do processo
Alto custo
Aspersão Térmica a Plasma
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• O desgaste é definido como a perda progressiva de material deuma superfície sólida devido ao contato e movimento relativo a umoutro sólido, líquido ou gás
• O processo de desgaste não é exclusivamente mecânico, uma vezque processos corrosivos podem atuar sinergisticamente.
• Raramente provoca falhas catastróficas, pois é um processorazoavelmente previsível e detectável
Desgaste
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• É causado pela transferência de material de uma superfície aoutra durante seu movimento relativo, devido a um processo desoldagem no estado sólido• O escorregamento de uma superfície em relação a outra provocaruptura da junção, resultando em um pico mais alto em umasuperfície e mais baixo na outra
Desgaste Adesivo
• Eventualmente, com umaprogressão do deslizamento,pode ocorrer a quebra daponta de um pico, formandouma partícula que atua comoum abrasivo na superfície
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• Se a resistência adesiva da junção é menor do que a resistênciacoersiva dos materiais, então a junção romperá no ponto originalde contato e não haverá perda de material em nenhuma dassuperfícies (a) . Se a resistência adesiva for maior, a ruptura dajunção se dará dentro da asperidade mais fraca (b) (c). Junções dealta resistência, devido à adesão entre materiais iguais ou similares,podem ser separadasem partes iguais emambos os lados dainterface formada (d).
Desgaste Adesivo
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• Embora esta transferência represente uma forma de desgaste,processos típicos envolvem formação de partículas separadas oudetritos de desgaste
• No caso do desgaste adesivo, a formação de detritosprovavelmente envolve o enfraquecimento do topo de umaasperidade devido à tensão e com pressão em ciclos repetidos
• Eventualmente o impacto contra uma asperidade oposta ésuficiente para quebrar a partícula enfraquecida da superfície paraformar uma partícula de desgaste
Desgaste Adesivo
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• Peças corrediças naindústria, em máquinaferramenta, matrizes detrefilação em trefilação defios; cames e pistões,engrenagens, mancaissecos ou lubrificados eferramentas de corte sãoexemplos de componentesque podem sofrerprejuízo devido à adesão
Desgaste Adesivo
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• Formas para minimização:
Utilização de materiais de alta dureza
Uso de lubrificantes adequados
Polimento das superfícies
Projetos que minimizem as cargas normais à superfície
Desgaste Adesivo
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• Ocorre quando material é removidoda superfície pelo contato compartículas abrasivas• A fonte de partículas abrasivas podeser externa, tal como poeira, ou podeser interna, devido a partículas dopróprio mecanismo de desgasteabrasivo ou adesivo como sílica ealumina• O resultado é o corte ou sulcamentocom uma perda de material de umadas superfícies que desenvolve umaaparência estriada, ranhurada
Desgaste Abrasivo
(a) Partícula solta entre duas superfícies (b) partícula presa entre duas superfícies (c) aspereza (d) erosão
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• Calhas de transporte, sistemashidráulicos com pó, extrusoras,trituradoras de rochas,matrizesem metalurgia do pó eescorregamentos nos quais asuperfície do contracorpo exibeprotuberâncias ou partículasduras encrustradas, sãocomponentes que podem sofrerdesgaste devido à abrasão
Desgaste Abrasivo
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• O desgaste abrasivo pode ser classificado como a dois ou trêscorpos, A dois corpos a remoção do material é provocada peloriscamento ocorrido pela penetração do pico dos relevos dasuperfície com maior resistência mecânica ou maior dureza, nasuperfície com menor dureza. Eventualmente estes picos que sãomais frágeis podem ser rompidos, podendo promover o aumentoda intensidade deste processo
• No desgaste a três corpos, existem partículas duras se movendoentre as duas superfícies, onde dependendo dos ângulosinstantâneos entre as extremidades destas partículas e assuperfícies de contato, pode ocorrer um menor ou maior grau depenetração
Desgaste Abrasivo
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• Testes padronizados:
Desgaste Abrasivo
3 Corpos –Roda de borracha
2 Corpos –Pino contra lixa
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• Fatores que influenciam no desgaste abrasivo:
Tamanho das partículas do abrasivo: normalmente quantomaiores , maior o desgaste Dureza das partículas com relação à dureza das superfícies:importante na medida em que determina se as partículas dedesgaste se incrustarão nas superfícies Forma das partículas: partículas angulares produzem maiordesgaste A interação entre a partícula abrasiva e a superfície pode sedar por microssulcamentos, microcortes, microtrincas oumicrofadiga
Desgaste Abrasivo
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• O microtrincamento pode ocorrer quando altas tensõesconcentradas são impostas pelas partículas abrasivas,particularmente na superfície de materiais frágeis• O microssulcamento e o microcorte são as interações dominantesem muitos materiais duteis
Desgaste Abrasivo
• O material que éempurrado continuamentepara os lados pelapassagem das partículas,pode “quebrar”por fadigade baixo ciclo
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• Como reduzir o desgaste abrasivo:
Abrasão a dois corpos: Melhorar o estado superficial Reduzir as cargas aplicadas localmente Aplicação de camadas superfíciais em elastómeros Rodagem cuidada Aumentar a dureza das superfícies (alternativa aumentara tenacidade
Abrasão a dois corpos: Evitar a entrada de particulas Existência de zonas próprias para capturar particulas Filtragem apropriada em sistemas lubrificados
Desgaste Abrasivo
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• Pode ser caracterizado pela formação de trincas superficiais e/ousub-superficiais, e posterior remoção de material devido aocomportamento cíclico de superfícies sólidas• Contato por escorregamento e/ou rolamento entre sólidos ouimpacto respectivo de sólidos e/ou líquidos em uma superfície sãoos principais responsáveis pela fadiga do material
Desgaste por Fadiga
• Quando ocorre rolamento entresuperfícies, a máxima tensão cisalhanteocorre abaixo da superfície, dando origema trincas que se propagam paralelamenteà superfície e, posteriormente, afloram,destacando material
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• Pode ocorrer severo prejuízo emsistemas de rodas de trem e trilho,rolos para laminação a quente e afrio, bombas envolvendo partículasque impactam e outros artifíciosmecânicos. Este mecanismo éparticularmente importante emmancais de rolamento e éusualmente chamado "fadiga decontato por rolamento".• A fadiga de superfície podetambém ser causada pelo contatolubrificado hidrodinamicamentecomo em cames e seguidores
Desgaste por Fadiga
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• É caracterizado pela fricção de duas superfícies metálicas quesofrem um processo corrosivo pelo meio que as cercam• O desgaste é estabelecido pela remoção contínua de material dasuperfície e formação de novas camadas que reagem com o meio
Desgaste Triboquímico
• Componentes montados porinterferência, feixes de molas,fios de cabos, juntas rebitadas,qualquer situação que envolvamovimentos de pequenamagnitude entre duas superfíciessólidas
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• Existe uma especial forma de desgaste triboquímico. É oFRETTING, que é causado quando duas superfícies estão emcontato sob movimento relativo tangencial oscilatório de pequenaamplitude
• A amplitude do movimento relativo é realmente muito pequena,da ordem de 80μm. Amplitudes maiores resultam em prejuízosimilar ao do desgaste por escorregamento
Desgaste Triboquímico
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Bibliografia Recomendada
VICENTE GENTIL, CORROSÃO;
ASKLAND, D.R. - The Science and Engineering of Materials - Solution manual, Chapman & Hall, 1996. 400p.
CALLISTER JR, W.D. - Ciência e engenharia e materiais: uma introdução. 5 ed.; LTC, Rio de Janeiro, 2000. 259p.
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