Corrosão

Os prejuízos decorrentes da corrosão atingem somas astronômicas no mundo todo, incluídas as perdas de materiais, os lucros cessantes e o custo da prevenção. As perdas mais graves, no entanto, se contam em vidas humanas e se devem a acidentes ocasionados por falhas de materiais metálicos.

Corrosão é a deterioração de um material metálico por ação química ou eletroquímica do meio ambiente. Com exceção de alguns metais nobres, que podem ocorrer no estado elementar, os metais são geralmente encontrados na natureza sob a forma de compostos, sendo comum a ocorrência de óxidos e sulfetos metálicos. Como os compostos têm conteúdo de energia inferior ao dos metais, são relativamente mais estáveis. Logo, os metais tendem a reagir espontaneamente com os líquidos ou gases do meio ambiente: o ferro se enferruja no ar e na água e objetos de prata escurecem quando expostos ao ar.

De certo ponto de vista, a corrosão pode ser considerada o inverso do processo metalúrgico. Este transforma o minério de ferro — óxido de ferro — no metal ferro. Este, no entanto, na atmosfera ambiente tende a oxidar-se, voltando à condição inicial de óxido. Essa oxidação é também chamada corrosão.

Corrosão e erosão são processos que não devem ser confundidos. O último termo se aplica a desgaste não eletroquímico, ou a desgaste de materiais não-metálicos. Erosão é, portanto, o desgaste de metais ou outros materiais pela ação abrasiva de fluidos (gás ou líquido) em movimento, usualmente acelerado pela presença de partículas sólidas em suspensão.

Os problemas de destruição de materiais metálicos são freqüentes e de certa relevância nas mais variadas atividades, como por exemplo: (1) nas indústrias química, petrolífera, naval, automobilística e de construção; (2) nos meios de transporte aéreos, ferroviários, marítimos e rodoviários; (3) na odontologia, que emprega materiais metálicos que ficam em contato com a saliva e alimentos corrosivos; (4) na medicina, mais especialmente na área da ortopedia, que emprega materiais metálicos para facilitar a consolidação de fraturas, ficando esses materiais em contato com o soro fisiológico, solução que contém cloreto de sódio e pode ser considerada como meio corrosivo para determinados materiais metálicos.

As diferentes formas de destruição provocadas pela corrosão podem ser enquadradas nas seguintes categorias: (1) corrosão uniforme, em que há perda regular ou uniforme da espessura do material; (2) corrosão alveolar e por pite, ou puntiforme, formas de corrosão que ocorrem em pequenas áreas; os alvéolos são cavidades na superfície metálica, de fundo arredondado e profundidade menor que seu diâmetro, enquanto os pites têm as mesmas características dos alvéolos, mas com profundidade maior que o diâmetro; (3) corrosão intragranular ou intercristalina, localizada nos contornos dos grãos de um metal ou liga; (4) corrosão intragranular, ou transgranular, que ocorre entre os grãos de um metal ou liga; (5) corrosão filiforme, mais freqüente sob as películas de tintas ou outros revestimentos, em meios úmidos, e caracterizada pelo aspecto de filamentos que toma o produto da corrosão.

Agentes de corrosão

Os meios mais intensamente corrosivos são a atmosfera, águas potáveis, água de rios e estuários, água do mar, solo, produtos químicos, alimentos e substâncias fundidas. A ação corrosiva da atmosfera é influenciada principalmente pela poeira, gases e umidade relativa, sendo de importância particular o SO2 (dióxido de enxofre) resultante da queima de carvão, óleo e gasolina, que contém enxofre. O dióxido de enxofre é oxidado a SO3 (trióxido de enxofre) que, com a umidade do ar, forma H2SO4 (ácido sulfúrico), tornando a atmosfera bem mais agressiva. Por esse motivo, as atmosferas industriais são mais corrosivas que as rurais. Outro fator importante para a ação corrosiva da atmosfera é a umidade. Em atmosfera de umidade relativa inferior a sessenta por cento, a corrosão é praticamente nula.

Os materiais metálicos em contato com a água tendem a sofrer corrosão, que vai depender das várias substâncias que possam contaminá-la. Nesse processo de corrosão devem ser considerados, também, o pH, a velocidade de escoamento e a temperatura da água. Entre os agentes corrosivos naturais, a água do mar é um dos mais enérgicos, pois contém concentrações relativamente elevadas de sais e funciona como eletrólito forte, ocasionando um processo rápido de corrosão.

O comportamento do solo como meio corrosivo é de grande importância, levando-se em consideração as enormes extensões de oleodutos, gasodutos, aquedutos e cabos telefônicos enterrados, que exigem um controle rigoroso de manutenção para evitar corrosão acelerada. Os fatores que mais influenciam a ação corrosiva dos solos são: porosidade, resistividade elétrica, sais dissolvidos, umidade, corrente de fuga, pH e bactérias.

Nos equipamentos usados em processos químicos é indispensável considerar a agressividade dos produtos químicos utilizados, que não só ocasionam desgastes do material metálico dos equipamentos como também contaminação dos produtos. O efeito corrosivo dos alimentos depende da formação de possíveis sais metálicos tóxicos. Assim, recipientes de chumbo não devem ser usados na preparação de bebidas e alimentos, pois estes podem atacá-lo, formando sais de chumbo, altamente tóxicos.

Os metais apresentam diferentes susceptibilidades à corrosão. Assim, estruturas metálicas de ferro são facilmente corroídas quando colocadas em orla marítima ou em atmosferas industriais; o zinco e o alumínio apresentam maior resistência, que é excelente no ouro e na platina.

Proteção contra a corrosão

O conhecimento do mecanismo das reações envolvidas nos processos corrosivos é pré-requisito para o controle efetivo dessas reações. O próprio mecanismo da corrosão pode sugerir modos de combate ao processo corrosivo. Os métodos práticos adotados para diminuir a taxa de corrosão dos materiais metálicos consistem em modificações nos meios corrosivos e nas propriedades dos metais; emprego de revestimentos protetores (metálicos e não-metálicos); proteção catódica e anódica.

Os inibidores de corrosão são substâncias que adicionadas ao meio corrosivo, mesmo em pequenas quantidades, reduzem a taxa de corrosão. Entre os numerosos inibidores podem ser citados os nitritos, cromatos, tiouréia e aminas. Às vezes se procura modificar as propriedades do metal, escolhendo uma liga com características tais que o efeito do meio corrosivo se reduza. Assim, a adição de cromo aos aços inoxidáveis propicia a formação de uma camada de Cr2O3 (óxido de cromo) que protege o aço. Costuma-se também adicionar, em aços especiais, níquel, nióbio, titânio ou molibdênio, para proteção contra diferentes tipos de corrosão. Adiciona-se cerca de 0,2% de cobre aos aços doces para aumentar sua resistência à corrosão atmosférica.

Nos processos de proteção por emprego de revestimentos, intercala-se uma camada protetora entre o metal e o meio corrosivo. Os revestimentos podem ser: (1) metálicos, nos quais se utilizam o zinco (processo de galvanização), o cromo (cromagem), o níquel (niquelagem), o alumínio, o cádmio, o chumbo e outros; (2) não-metálicos inorgânicos, que são os revestimentos formados por reações químicas entre o material metálico e o meio corrosivo, como a anodização, que consiste na formação de Al2O3 (óxido de alumínio), de grande aderência; (3) não-metálicos orgânicos, como tintas, vernizes etc.

De todos os métodos aplicados no combate à corrosão, o mais universalmente difundido é o baseado em revestimentos orgânicos, de mais fácil aplicação e, na maioria das vezes, o mais econômico. Destacam-se as tintas que contêm pigmentos anticorrosivos, como, por exemplo, zarcão, zinco e cromato de zinco, e também aquelas em que são usadas resinas alquídicas, fenólicas, vinílicas, poliuretanas e epóxi.

A proteção catódica é a técnica de combate à corrosão que consiste em reduzir o potencial do material metálico a um valor que impede a reação de oxidação do metal. Pode ser galvânica, em que os chamados ânodos de sacrifício, de magnésio, zinco ou alumínio, são atacados em lugar da estrutura protegida; ou por corrente impressa, em que se utiliza uma fonte externa de corrente contínua, como um retificador, e empregam-se ânodos auxiliares que podem ser inertes e funcionar apenas como condutores. Esses sistemas são recomendáveis para proteção de cascos de navios, oleodutos, gasodutos etc.

A proteção anódica se baseia na formação de uma película protetora, nos materiais metálicos, por aplicação de correntes anódicas externas. O método se recomenda para materiais metálicos como o níquel, cromo e titânio.

Fonte: biomania.com

Corrosão

A corrosão é um tipo de deterioração que pode ser facilmente encontrada em obras metálicas.

O aço oxida quando em contato com gases nocivos ou umidade, necessitando por isso de cuidados para prolongar sua durabilidade.

A corrosão é um processo de deterioração do material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, etc.

Em certos casos quando a corrosão está em níveis elevados, torna-se impraticável sua remoção, sendo portanto a prevenção e controle as melhores formas de evitar problemas.

Mais comum e facilmente controlável, consiste em uma camada visível de óxido de ferro pouco aderente que se forma em toda a extensão do perfil. É caracterizada pela perda uniforme de massa e conseqüente diminuição da secção transversal da peça.

Esse tipo de corrosão ocorre devido à exposição direta do aço carbono a um ambiente agressivo e à falta de um sistema protetor. Comumente, o sistema protetor pode se romper durante o transporte ou manuseio da peça, devendo ser rapidamente reparado, antes que ocorra a formação de pilhas de ação local ou aeração diferencial.

Cuidados em Projetos

Corrosão em uma coluna de aço (CASTRO)

Prevenção e Controle: Dependendo do grau de deterioração da peça, pode-se apenas realizar uma limpeza superficial com jato de areia e renovar a pintura antiga. Em corrosões avançadas, deve-se optar pelo reforço ou substituição dos elementos danificados.

Em qualquer caso é preciso a limpeza adequada da superfície danificada.
A corrosão uniforme pode ser evitada com a inspeção regular da estrutura e com o uso de ligas especiais como o aço inoxidável. Sua localização é uma das mais simplificadas e permite que problemas sejam evitados quando se existe serviços de manutenção preventiva.

Corrosão uniforme em coluna metálica (CASTRO)

Esse tipo de corrosão ocorre devido a formação de uma pilha eletrolítica quando utilizados metais diferentes. As peças metálicas podem se comportar como eletrodos e promover os efeitos químicos de oxidação e redução.

É fácil encontrar esse tipo de contato em construções. A galvanização de parafusos, porcas e arruelas; torres metálicas de transmissão de energia que são inteiramente constituídas de elementos galvanizados, esquadrias de alumínio encostadas indevidamente na estrutura e diversos outros casos decorrentes da inadequação de projetos.

Terça corroída (CASTRO)

Prevenção e Controle: Ela é evitada através do isolamento dos metais ou da utilização de ligas com valores próximos na série galvânica. Uma forma muito utilizada é a proteção catódica, que consiste em fazer com que os elementos estruturais se comportem como cátodos de uma pilha eletrolítica com o uso de metais de sacrifício. Dessa forma, a estrutura funcionará como agente oxidante e receberá corrente elétrica do meio, não perdendo elétrons para outros metais.

Contato bi-metálico aço-alumínio (CASTRO)

Outra forma de ataque às superfícies, essa corrosão forma laminas de material oxidado e se espalha por debaixo dele até camadas mais profundas. O combate a essa floculação é feito normalmente com tratamento térmico.

Laminas de material corroído

Ocorre em locais turbulentos onde o meio corrosivo se encontra em alta velocidade aumentando o grau de oxidação das peças. É possível encontrar esse problema em locais que contenham esgotos em movimento, despejo de produtos químicos (indústrias) ou ação direta de água do mar (portos, pontes e embarcações). Ela pode ser diminuída por revestimentos resistentes, proteção catódica, redução do meio agressivo e materiais resistentes à corrosão.

Esse problema é resultante da soma de tensão de tração e um meio corrosivo. Essa tensão pode ser proveniente de encruamento, solda, tratamento térmico, cargas, etc. Normalmente, regiões tencionadas funcionam como ânodos em relação ao resto do elemento e tendem a concentrar a cessão de elétrons. Com o tempo surgem microfissuras que podem acarretar um rompimento brusco da peça antes da percepção do problema.

Altamente destrutivo, esse tipo de corrosão gera perfurações em peças sem uma perda notável de massa e peso da estrutura.

Pode ser difícil de se detectar quando em estágios iniciais, pois na superfície a degradação é pequena se comparada à profundidade que pode atingir. Ela ocorre normalmente em locais expostos à meios aquosos, salinos ou com drenagem insuficiente.

Pode ser ocasionada pela deposição concentrada de material nocivo ao aço, por pilha de aeração diferencial ou por pequenos furos que possam permitir a infiltração e o alojamento de substâncias líquidas na peça.

Pontos com corrosão avançada (CASTRO)

Prevenção e Controle: Para se evitar esse ataque, as peças não devem acumular substâncias na superfície e todos os depósitos encontrados devem ser removidos durante as manutenções.

A intervenção deve ser realizada com base no estado em que o processo corrosivo se encontra. Deve-se efetuar a limpeza no local e se a estrutura não estiver comprometida, pode-se cobrir o furo aplicando sobre ele um selante especial.
É importante a experiência do fiscal devido a possibilidade de se necessitar de uma intervenção mais complexa, com reforço da estrutura ou até mesmo substituição de peças.

Pontos fundos sobre corrosão uniforme

Corrosão por fresta (CASTRO)

Ocorre em locais que duas superfícies estão em contato ou muito próximas (0,025 a 0,1 mm).

Devido a tensão superficial da água, esta se aloja nas fendas disponíveis e tende a causar pilhas de aeração diferencial, onde a concentração de oxigênio nas bordas é superior à concentração da área mais interna da fenda, fazendo dessa uma região anódica. Como conseqüência, o processo de corrosão se concentra na parte mais profunda da fresta, dificultando o acesso e o diagnóstico desse problema.

Em geral, esse problema afeta somente pequenas partes da estrutura, sendo portanto mais perigosa do que a corrosão uniforme, cujo alarme é mais visível.

Prevenção e Controle: Se a corrosão estiver em estágio inicial, pode-se recorrer à limpeza superficial, secagem do interior da fenda e vedação com um líquido selante, aplicando-se posteriormente um revestimento protetor. Se a corrosão estiver em nível avançado, torna-se necessário como nos outros processos o reforço ou substituição de peças.

Todos os defeitos que contenham cantos vivos, locais para depósito de solução aquosa ou exposição do material não protegido, podem vir a apresentar essa corrosão.

Por seu tamanho diminuto, as ranhuras muitas vezes passam despercebidas em manutenções e se tornam visíveis somente quando o material oxidado aflora na superfície.

Riscos, gretas, pontos parafusados entre outros são enquadrados nesse tema e recebem uma solução semelhante à corrosão por frestas.

Coluna com ranhura próximas a base (CASTRO)

Prevenção e Controle: É importante a limpeza da superfície danificada, removendo-se todas as impurezas do local. Por não serem em geral muito degradantes, essas ranhuras podem ser pintadas garantindo a interrupção da corrosão.

Corrosão em canto vivo

São conhecidos diversos modos de evitar corrosões, porém, para cada tipo existe um método que melhor se aplica. Em geral, os processos de prevenção exigem investimento financeiro e são realizados com as peças ainda em ambiente industrial. Outros meios, como revestimento, são feitos em obra e também garantem a qualidade da peça.

Fonte: www.cesec.ufpr.br

Corrosão

DEFINIÇÃO DE CORROSÃO

Processo inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original.

Corrosão é a destruição ou deterioração de um material devido à reação química ou eletroquímica com seu meio. Corrosão é a transformação de um material pela sua interação química ou eletroquímica com o meio

ENGENHARIA DE CORROSÃO

Aplicação de ciência e trabalho para prevenir ou controlar a corrosão de maneira econômica e segura
Princípios químicos e metalúrgicos
Propriedades mecânicas dos materiais
Natureza dos meios corrosivos
Disponibilidade de materiais
Processos de fabricação
Projeto
Ensaios de corrosão

MEIOS DE CORROSÃO

Atmosfera

Principais Parâmetros:
– materiais poluentes
– umidade relativa
– temperatura
– intensidade e direção dos ventos
– variações de temperatura e umidade
– chuvas
– radiação

Classificação:
– Rural
– Industrial
– Marinha
– Urbana
– Urbana- Industrial
– outras combinações

Meio aquoso
– Águas naturais: água salgada e água doce
– gases dissolvidos
– sais dissolvidos
– material orgânico
– bactérias e algas
– sólidos em suspensão
– pH e temperatura
– velocidade da água

Meios líquidos artificiais: produtos químicos em geral

Solos:
– aeração, umidade e pH
– microorganismos
– condições climáticas
– heterogeneidades do solo
– presença de sais, água e gases
– resistividade elétrica
– correntes de fuga

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

Célula Eletroquímica: Célula de Daniell

Corrosão: a resistência entre os eletrodos é nula: célula em curto-circuito

Exemplo: reação do zinco na presença de ácido clorídrico

As reações anódica e catódica são reações parciais Ambas reações acontecem simultaneamente e à mesma velocidade sobre a superfície do metal: não há acúmulo de carga elétrica. Qualquer reação que pode ser dividida em dois processos parciais de oxidação e redução é denominada reação eletroquímica

Metal sofrendo corrosão consiste:
região que cede eletrons dissolução do metal (corrosão) reação anódica condutor eletrônico região que consome eletrons reação catódica
condutor iônico: eletrólito- Teoria de Células Locais

Fontes de Corrosão Eletroquímica
Heterogeneidades primárias: são inerentes ao material
Impurezas no metal
Ligas
Vérticies e arestas de cristais
Pontos de ruptura de filmes protetores

Heterogeneidades secundárias: não inerentes ao material
Correntes elétricas de fuga
contatos bimetálicos
diferenças no meio corrosivo (aeração, concentração)

CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE

Ciência dos materiais: interpreta as propriedades dos materiais em termos das interações entre átomos e moléculas que constituem o todo do material interpretação parcial do comportamento do material.

Ciência de Superfície: permite explicar falhas inesperadas através da associação com eventos que se dão na superfície
associação de um defeito em escala atômica na superfície causado por uma reação de superfície e uma tensão aplicada ou residual.

INTERFACES

Metal: é constituído de partículas carregadas positivas e negativas balanceadas entre si – condutor eletrônico

Filme de umidade: moléculas de água, oxigênio e hidrogênio – condutor iônico

Interface entre um condutor eletrônico e um condutor iônico

Independentemente da forma como ocorre, sempre que há uma interface, ocorre o carregamento de ambos os lados desta interface, e o desenvolvimento de uma diferença de potencial através da INTERFASE. Esse carregamento ocorre antes que as cargas nas duas fases sejam iguais em magnitude mas de sinais opostos.

Todas as interfaces são eletrificadas e as superfícies têm excesso de carga. Esse excesso de carga é que afeta as propriedades de superfície dos materiais fazendo-as desviar daquelas determinadas para o material como um todo.

Eletroquímica é a ciência que estuda as conseqüências da transferência de cargas elétricas de uma fase para outra

A ciência eletroquímica estuda, principalmente, a situação superficial, particularmente aquelas resultantes das propriedades elétricas da interfase.

ELETROQUÍMICA BÁSICA

Sistema Eletroquímico
– um condutor eletrônico em contato com um condutor iônico (eletrólito) que consiste de ions em movimento

Água: estruturalmente é descrita como uma forma quebrada e xpandida do retículo do gelo, havendo um grau considerável de ordem a curta-distância, caracterizada por ligações tetraédricas.
Moléculas que formam o retículo + moléculas livres que se movimentam livremente
A molécula de água é polar – dipolo elétrico

O que acontece na presença de ions?

Ions orientam dipolos
Considerando o ion como uma carga pontual e as moléculas de solvente como dipolos elétricos = interação ion-solvente

Passa a existir uma entidade ion-solvente que se movimenta como uma entidade cinética única

O ion e seu envólucro de moléculas de água são uma entidade cinética única

O que acontece a determinada distância do ion?

1. Região primária: região próxima ao ion no qual o campo iônico tenta alinhar os dipolos das moléculas de água

2. Na região distante do ion mantém-se o retículo da água

3. Região secundária: região intermediária, onde a orientação depende da distância com relação ao ion.

Essas interações geram a energia de solvatação, ou seja, a energia de ligação entre ion e solvente:

1. Se o ion está fortemente ligado ao solvente não será fácil a reação de troca de carga

2. Se o ion está fracamente ligado ao solvente a troca de carga será facilitada.

Interação ion-ion: depende fortemente da concentração dos ions em solução

1. Para soluções diluídas a interação é do tipo eletrostática

2. Para maiores concentrações, os ions aproximam-se uns dos outros podendo ocorrer a sobreposição das camadas de solvatação: interações do tipo eletrostática e do tipo ion-dipolo

Transporte de ion em solução

1. Se houver uma diferença de concentração de ions em regiões distintas do eletrólito: gradiente de concentração, produzindo um fluxo de ions = difusão
Num sistema eletroquímico: se um eletrodo está doando eletrons a cátions metálicos existirá um gradiente de concentração na direção do eletrodo. A difusão ocorre em direção ao eletrodo

2. Se houver diferenças no potencial eletrostático em vários pontos do eletrólito, o campo elétrico gerado produz um fluxo de cargas na direção do campo = condução

campo elétrico = diferença de potencial através da solução
distância entre os eletrodos

Resultante: a velocidade de chegada dos ions a um eletrodo irá depender do gradiente de concentração e do campo elétrico na solução

Difusão: predominante na região próxima à interface

Condução: predominante na região intermediária entre os eletrodos, onde não há gradiente de concentração.
– os ânions movem-se mais rapidamente que os cátions
– para a densidade de corrente total carregada pelos ions dá-se o nome de i, onde

Para cada eletron doado em um eletrodo deve-se ter um ion recebendo eletron no outro: correntes iguais

Fazer com que as correntes sejam iguais em cada eletrodo é papel da difusão. Os gradientes de concentração nos eletrodos irão se ajustar de forma que a corrente seja igual nos dois.

A DUPLA CAMADA ELÉTRICA

As propriedades da região de fronteira eletrodo/eletrólito são anisotrópicas, e dependem da distância entre as fases.
Ocorre uma orientação preferencial dos dipolos do solvente e excesso de carga na superfície do eletrodo, em decorrência da orientação existente no eletrólito.
Resultado: separação de cargas através da interface eletrodo/eletrólito, embora a interfase seja eletricamente neutra.
Em decorrência da separação de cargas aparece uma diferença de potencial através da fronteira eletrodo/eletrólito

ddp = 1V
Dimensão da interfase = 10 angstrons

Gradiente de potencial =  essência da eletroquímica

Dupla camada elétrica: descreve o arranjo das cargas e a orientação dos dipolos que constituem a interfase na fronteira = interface eletrificada

Para os processos corrosivos a influência da dupla camada recai sobre a velocidade com que esses processos ocorrem. A velocidade de corrosão depende parcialmente da estrutura da dupla camada, isto é, do campo elétrico através da interfase. Sendo assim, a dupla camada influencia a estabilidade das superfícies metálicas e como conseqüência a resistência mecânica desses materiais.

Fonte: www.fem.unicamp.br