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UFES – Universidade Federal do Espírito SantoCT – Centro Tecnológico
Curso: Oxidação e Corrosão dos Materiais
Professor: Marcelo MacedoAssunto:
Cap. 13
Marcelo Loureiro Pimentel
maio/2007
VELOCIDADE DE CORROSÃO
A velocidade com que se processa a corrosão é dada pela massa de material
desgastado, em uma certa área, durante um certo tempo, ou seja, pela taxa de corrosão.
A taxa de corrosão pode ser representada pela massa desgastada por unidade de área
na unidade de tempo.
VELOCIDADE DE CORROSÃO
Os valores das taxas de corrosão podem ser expressos por meio da redução de espessura do material por unidades de tempo, em mm/ano ou em perda de massa por unidade de área, por unidade de tempo, por exemplo mg/dm2/dia (mdd). Pode ser expressa ainda em milésimos de polegada por ano (mpy).
VELOCIDADE DE CORROSÃO
O cálculo das taxas de corrosão em mm/ano e mpy, quando se conhece a perda de massa pode ser dada pelas
seguintes expressões:
VELOCIDADE DE CORROSÃO
onde:
mm/ano = é a perda de espessura, em mm por ano; m = perda de massa, em mg;
S = área exposta, em cm2; t = tempo de exposição, em dias; = massa específica do material, em g/cm3.
VELOCIDADE DE CORROSÃO
onde:
mpy = é a perda de espessura, em milésimos de polegada por ano; m = perda de massa, em mg;
S = área exposta, em pol2;
t = tempo de exposição, em horas;
= massa específica do material, em g/cm3.
Para conversão das taxas dadas em mm/ano e mpy para mdd usa-se as seguintes expressões:
VELOCIDADE DE CORROSÃO
sendo:
mdd = mg/dm2/dia
VELOCIDADE DE CORROSÃO A massa deteriorada pode ser calculada pela
equação de Faraday:
m = e.i.t
onde:
m = massa desgastada, em g; e = equivalente eletroquímico do metal;
i = corrente de corrosão, em A; t = tempo em que se observou o
processo, em s.
VELOCIDADE DE CORROSÃO A corrente “i” de corrosão é, portanto, um fator fundamental na maior ou menor intensidade do processo corrosivo e o seu valor pode ser variável ao longo do processo corrosivo.
A corrente de corrosão depende fundamentalmente de dois fatores:
• diferença de potencial das pilhas (diferença de potencial entre áreas anódicas e catódicas) - DV;
• resistência de contato dos eletrodos das pilhas (resistência de contato das áreas anódicas e catódicas) - R;
VELOCIDADE DE CORROSÃO
A diferença de potencial - DV - pode ser influenciada pela resistividade do eletrólito, pela
superfície de contato das áreas anódicas e catódicas e também pelos fenômenos de
polarização e passivação.
O controle da velocidade de corrosão pode se processar na área anódica ou na área catódica, no primeiro caso diz-se que a reação de corrosão é
controlada anodicamente e no segundo caso catodicamente. Quando o controle se dá anódica e
catodicamente diz-se que o controle é misto.
VELOCIDADE DE CORROSÃOInfluência de outros fatores:
Alguns outro fatores influem na velocidade de corrosão, principalmente porque atuam nos fenômenos de polarização e passivação:
•aeração do meio corrosivo: como foi dito anteriormente , o oxigênio funciona como controlador dos processos corrosivos. Portanto, na pressão atmosférica, a velocidade de corrosão aumenta com o acréscimo da taxa de
oxigênio dissolvido. Isto ocorre por ser o oxigênio um elemento despolarizante e que desloca a curva de polarização catódica no sentido de maior corrente de corrosão;
VELOCIDADE DE CORROSÃOInfluência de outros fatores:
pH de eletrólito:
a maioria dos metais passivam-
se em meios básicos (exceção
para os metais anfóteros).
Portanto, as taxas de corrosão
aumentam com a diminuição do pH.
Efeito do pH na velocidade de corrosão
temperatura: o aumento de temperatura acelera, de modo geral, as reações químicas. Da mesma forma, também em corrosão, as taxas de desgaste aumentam com o aumento da temperatura. Com a elevação da temperatura diminui-se a resistividade do eletrólito e, conseqüentemente, aumenta-se a velocidade de corrosão;
VELOCIDADE DE CORROSÃOInfluência de outros fatores:
efeito da velocidade: a velocidade relativa, superfície metálica-eletrólito, atua na taxa de desgaste de três formas:
1) para velocidades baixas - há uma ação despolarizante intensa que se reduz à medida que a velocidade se aproxima de 8 m/s (para o aço em contato com água do mar).
2) a partir desta velocidade as taxas praticamente se estabilizam;e
3) voltam a crescer para altas velocidades quando, diante de um movimento turbulento, tem-se – inclusive – uma ação erosiva.
VELOCIDADE DE CORROSÃOInfluência de outros fatores:
VELOCIDADE DE CORROSÃOInfluência de outros fatores:
Efeito da velocidade relativa do metal/eletrólito na corrosão do aço em água do mar
POLARIZAÇÃO
POLARIZAÇÃOPolarização é a modificação do potencial de um eletrodo devido à variações de concentração,
sobre-voltagem de um gás ou variação de resistência ôhmica.
Caso não houvesse o efeito do fenômeno da polarização a corrente entre anodos e catodos seria muito mais elevada, à semelhança de um
quase curto circuito. Isto se daria porque as resistências elétricas do metal e do eletrólito são muito baixas, restando apenas as resistências de
contato dos eletrodos.
POLARIZAÇÃOOs fenômenos de polarização promovem a
aproximação dos potenciais das áreas anódicas e catódicas e produzem aumento na resistência ôhmica do circuito, limitando a velocidade do
processo corrosivo.
Graças a existência destes fenômenos as taxas de corrosão observadas na prática são
substancialmente inferiores àquelas que ocorreriam caso as pilhas de corrosão funcionassem ativamente em todas as condições dos processos corrosivos.
POLARIZAÇÃO
São basicamente três as causas de polarização:
A - POLARIZAÇÃO POR CONCENTRAÇÃOB - POLARIZAÇÃO POR ATIVAÇÃOC - POLARIZAÇÃO ÔHMICA
Este tipo de polarização ocorre freqüentemente em eletrólitos parados ou
com pouco movimento.
O efeito de polarização resulta do aumento de concentração de íons do metal em torno da área anódica (baixando o seu potencial na
tabela de potenciais) e a rarefação de íons H+ em torno da área catódica.
Caso o eletrólito possua movimento ambas as situações não devem acontecer.
POLARIZAÇÃOA)Por Concentração:
POLARIZAÇÃOB) Por Ativação:
Este tipo de polarização ocorre devido a sobre-voltagem de gases em torno dos
eletrodos.
Os casos mais importantes no estudo da corrosão, são aqueles em que há liberação
de H2 no entorno do catodo ou do O2 em
torno do anodo.
A liberação de H2 em torno do catodo é
denominada polarização catódica e assume particular importância como fator de controle dos processos corrosivos.
POLARIZAÇÃOB) Por Ativação:
POLARIZAÇÃOB) Por Ativação:
Em eletrólitos pouco aerados o H2 liberado e
absorvido na área catódica provoca uma sobretensão ou sobrevoltagem do hidrogênio
capaz de reduzir sensivelmente a agressividade do meio. Podendo-se
considerar por este fato a corrosão do aço desprezível na presença de água doce ou
salgada, totalmente desaerada.
A sobrevoltagem do hidrogênio foi estudada por Tafel estabelecendo a seguinte equação:
= log i/i0
POLARIZAÇÃOB) Por Ativação:
onde:
= sobrevoltagem do hidrogênio, em V;
, em V e i0 , em A/cm2 - constantes que dependem
do metal e do meio;
i - densidade de corrente aplicada que provoque a
sobrevoltagem , em A/cm2.
POLARIZAÇÃOB) Por Ativação:
sobre-voltagem em função da densidade de
corrente
Curva de TAFEL
POLARIZAÇÃOC) Ôhmica:
A polarização ôhmica ocorre devido a precipitação de compostos que se tornam
insolúveis com a elevação do pH no entorno da áreas catódicas.
Estes compostos são principalmente carbonatos e hidróxidos que formam um
revestimento natural sobre as áreas catódicas, principalmente carbonato de
cálcio e hidróxido de magnésio.
POLARIZAÇÃONa pilha de Volta, a energia elétrica resulta da
transformação de zinco em sulfato de zinco. Teoricamente, enquanto o zinco não estiver completamente gasto, a pilha deverá fornecer uma diferença de potencial e uma corrente.
POLARIZAÇÃO
Na prática, observamos que a DDP e a corrente diminuem a um valor muito baixo e em um tempo relativamente curto. Isto é um inconveniente muito sério, do ponto de vista prático.
POLARIZAÇÃOQuando há circulação de corrente, os cátions de
H+ se dirigem para o eletrodo de cobre, unindo-se então à elétrons e formando átomos de H e, em seguida, moléculas de H2.
H+ H+
H2 H2e -e -
fon te de e lé trons
POLARIZAÇÃO
Caso esse H2 subisse à superfície, sob a forma de bolhas, a força eletromotriz da pilha não diminuiria, mas grande parte fica aderida ao cobre provocando:
•Diminuição da superfície útil do cobre; e
•Reações químicas com o cobre, modificando a sua superfície.
O resultado é a diminuição da DDP entre o Cu e o Zn, a qual denominamos POLARIZAÇÃO.
POLARIZAÇÃO“Desligando-se” a pilha e deixando-a “descansar”,
o hidrogênio que está junto ao cobre escapa e a polarização desaparece.
O fenômeno da polarização ocorre em todas as pilhas.
É sempre o fenômeno pelo qual ocorre a diminuição da força eletromotriz, em função da alteração da concentração de íons em torno do eletrodo, durante o
funcionamento da pilha.
POLARIZAÇÃOO efeito de polarização pode ser diminuído adicionando-se ao eletrólito alguma substância capaz de reagir com os íons, impedindo o aumento de concentração.
Essas substâncias são chamadas DESPOLARIZANTES. O bióxido de manganês, por exemplo, é uma substância despolarizante.
Os despolarizantes diminuem a polarização mas não a eliminam completamente.
PASSIVAÇÃO
PASSIVAÇÃO
Passivação é a modificação do potencial de um eletrodo no sentido de menor atividade (mais catódico ou mais nobre) devido a formação de uma película de produto de corrosão. Esta película é denominada película passivante.
Os metais e ligas metálicas que se passivam são os formadores de películas protetoras.
Como exemplo podem ser citados:
· cromo, níquel, titânio, aço inoxidável, monel que se passivam na grande maioria dos meios corrosivos, especialmente na atmosfera;
· chumbo que se passiva na presença de ácido sulfúrico;
· o ferro que se passiva na presença de ácido nítrico concentrado e não se passiva na presença de ácido nítrico diluído;
A maioria dos metais e ligas passivam-se na presença de meios básicos, com exceção dos metais anfóteros (Al, Zn, Pb, Sn e Sb).
PASSIVAÇÃO
PASSIVAÇÃO
Taxas de Corrosão de um
Metal Passivável
Taxas de Corrosão de um Metal
Não Passivável
PASSIVAÇÃO
Os fenômenos de polarização assumem grande importância na cinética dos processos
de corrosão eletroquímica e muito particularmente para a proteção catódica, a
qual consiste essencialmente na
polarização catódica da estrutura a proteger.
DIAGRAMA DE POURBAIX
DIAGRAMA DE POURBAIX
• Pourbaix desenvolveu um método gráfico, relacionando potencial e pH, que apresenta uma possibilidade para se prever as condições sob as quais pode-se ter corrosão, imunidade ou passividade.
• Seu diagrama permite estabelecer as seguintes considerações:
DIAGRAMA DE POURBAIX
• O ferro em soluções aquosas isentas de oxigênio ou de outros oxidantes tem um potencial um potencial de eletrodo que se situa abaixo da linha ‘a’, o que implica a possibilidade de desprendimento de hidrogênio. A pH ácidos e a pH fortemente alcalinos, o ferro se corrói com redução de H-.
• No caso de proteção por passivação, proteção anódica, o metal será coberto por um filme de óxido estável (Fe3O4 e Fe2O3 segundo as circunstâncias de potencial e pH).
DIAGRAMA DE POURBAIX