UNIFACS

Materiais MetálicosAULA 8

Corrosão

Lucas Nao Horiuchi

lucas.horiuchi@braskem.com.br

28/Mai/10

8. Corrosão

AvaliaçõesTipo de avaliação Peso Data

• Avaliação escrita (P1) 2,5 09/abr

• Avaliação escrita (P2) 2,0 21/mai

• Avaliação escrita (P3) 1,5 18/jun

ARHTE/Seminário 1,0 11/jun

• 2ª Chamada 01/jul (??)

• Avaliação Final 3,0 09/jul

8. Corrosão

CORROSÃO E DEGRADAÇÃO

CORROSÃO METAIS e CERÂMICAS

DEGRADAÇÃO POLÍMEROS

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CORROSÃO METÁLICA

Definição: deterioração e/ou perda de propriedades do material devido a ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliado ou não a esforços mecânicos.

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A deterioração leva: Ao desgaste; À variações químicas na composição; À modificações estruturais e propriedades;

FALHA NA FUNÇÃO DO PRODUTO.

O Engenheiro deve: Saber evitar condições de corrosão severa; Proteger os materiais contra a corrosão.

CORROSÃO METÁLICA

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EnergiaVia calor

Geralmente a corrosão é um processo espontâneo.

Os compostos tendem a buscar o estado de menor energia: ou seja minerais de origem (ou óxidos metálicos).

Para METAIS: o estado de menor energia óxidos metálicos

Metalurgia: óxido de metal metal

Corrosão: metal óxido de metal

CORROSÃO METÁLICA

Requerenergia

Liberaenergia

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A corrosão à nossa volta:• Automóveis: corrosão do chassis, corrosão da

carroçaria;• Canalizações (aço, aço galvanizado): corrosão externa

e, principalmente, interna;• Material de cozinha (panelas/tachos de alumínio ou

mesmo de aço inox): exteriormente parecem limpos e brilhantes, mas no seu interior surge corrosão por pontos (sal) ou corrosão na linha de água;

• Monumentos: patina;• Estruturas metálicas em engenharia (pintadas ou não).

CORROSÃO METÁLICA

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Uso benéfico da corrosão:• Baterias de pilhas secas: geração de energia elétrica

pela ação do processo de corrosão;• Eletro-polimento

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• Eletro-polimento: para obtenção de superfícies lisas e polidas. E no processo de preparação de amostras para a microscopia eletrônica de transmissão.

CORROSÃO METÁLICA

Antes Depois

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CORROSÃO METÁLICA

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A forma auxilia na determinação do mecanismo de corrosão:

Uniforme a corrosão ocorre em toda a extensão da superfície;

Por placas forma-se placas com escavações;

Alveolar produz sulcos de escavações semelhantes à alvéolos (tem fundo arredondado e são rasos);

Puntiforme ocorre a formação de pontos profundos (pites);

Intergranular ocorre entre grãos;

Intragranular a corrosão ocorre nos grãos;

Filiforme a corrosão ocorre na forma de finos filamentos;

Por esfoliação a corrosão ocorre em diferentes camadas.

FORMAS DE CORROSÃO

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(podem ser meios ácidos, básicos ou neutro e/ou aerados)

MEIOS CORROSIVOS

Um determinado meio pode ser extremamente agressivo, sob o ponto de vista da corrosão, para um determinado material e inofensivo para outro

• Atmosfera: poeira, poluição, umidade, gases (CO, CO2, SO2, H2S, NO2,...);

• Água: bactérias (corrosão microbiológica), chuva ácida, etc;• Solo: acidez, materiais orgânicos, umidade, sais; • Produtos químicos: HCl, NaOH, etc.

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PRODUTOS DA CORROSÃO

- Muitas vezes os produtos resultantes da corrosão são requisitos para a escolha do material para a aplicação.- Alguns exemplos onde os produtos da corrosão são importantes:

Os produtos de corrosão dos materiais usados para embalagens na indústria alimentícia devem ser atóxicos como também não podem alterar o sabor dos alimentos; Pode ocorrer, devido a corrosão, a liberação de gases tóxicos e inflamáveis (riscos de explosão); Materiais para implantes de ossos humanos, implante dentário, marca-passos, etc.

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MECANISMOS DA CORROSÃO

• Mecanismo Químico (AÇÃO QUÍMICA)

• Mecanismo Eletroquímico

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MECANISMO QUÍMICO

Neste caso há reação direta com o meio corrosivo, sendo os casos mais comuns a reação com o oxigênio (OXIDAÇÃO SECA), a dissolução e a formação de compostos.

A corrosão química pode ser por:Dissolução simples: dissolução do Cobre em HNO3;Dissolução preferencial: dissolução preferencial de fases ou planos atômicos;Formação de ligas e compostos: (óxidos, íons, etc.), na qual se dá geralmente por difusão atômica.

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CONSIDERAÇÕES SOBRE DISSOLUÇÃOA dissolução geralmente envolve solventes. Ex.: a gasolina dissolve mangueira de borracha.a- Moléculas e íons pequenos se dissolvem mais facilmente.Exemplo: sais são bastante solúveis;b- Dissolução é maior quando soluto e solvente tem estruturas semelhantes: ex. materiais orgânicos e solventes orgânicos (plástico + acetona);c- Dois solutos produzem maior solubilidade que um só. Ex.: CaCO3 é insolúvel em água, mas é solúvel em água mais CO2 formando ácido carbônico;d- A velocidade de dissolução aumenta com a temperatura.

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CORROSÃO POR AÇÃO QUÍMICA: OXIDAÇÃO SECA

• A oxidação ao ar seco não se constitui corrosão eletroquímica porque não há eletrólito (solução aquosa para permitir o movimento dos íons);• Reação genérica da oxidação seca:

METAL + OXIGÊNIO ÓXIDO DO METAL• Geralmente, o óxido do metal forma uma camada passivadora que constitui uma barreira para que a oxidação continue (barreira para a entrada de O2);• Essa camada passivadora é fina e aderente;• A oxidação só se processa por difusão do oxigênio.

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METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO, COM PROTEÇÃO EFICIENTE

• Al

• Fe a altas temp.

• Pb

• Cr

• Aço inox

• Ti

Alumínio com camada de Al2O3

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METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO COM PROTEÇÃO INEFICIENTE

• Mg

• Fe

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OXIDAÇÃO DO FERRO AO AR SECO

• Fe + ½ O2 FeO T= 1000 C

• 3Fe + 2O2 Fe3O4 T= 600 C

• 2Fe + 3/2 O2 Fe2O3 T= 400 C

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CORROSÃO ELETROQUÍMICA

– As reações que ocorrem na corrosão eletroquímica envolvem transferência de elétrons. Portanto, são reações anódicas e catódicas (REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO)

– A corrosão eletroquímica envolve a presença de uma solução que permite o movimento de íons.

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CORROSÃO ELETROQUÍMICA

• O processo de corrosão eletroquímica é devido ao fluxo de elétrons, que se desloca de uma área da superfície metálica para a outra. Esse movimento de elétrons é devido a diferença de potencial, de natureza eletroquímica, que se estabelece entre as regiões.

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EXEMPLO DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA

OXIDAÇÃO REDUÇÃO

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POTÊNCIAL PADRÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO AO PADRÃO DE HIDROGÊNIO

f.e.m: força eletro-motriz ou série de potenciais de eletrodo padrão

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SÉRIE GALVÂNICA

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CORROSÃO ELETROQUÍMICA:TIPOS DE PILHAS OU CÉLULAS ELETROQUÍMICAS

a) Pilha de corrosão formada por materiais de natureza química ;b) Pilha de corrosão formada pelo mesmo material, mas de eletrólitos de concentração ;c) Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos ;d) Pilha de corrosão em temperaturas .

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a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química • É também conhecida como corrosão galvânica;• A diferença de potencial que leva à corrosão

eletroquímica é devido ao contato de dois materiais de natureza química diferente em presença de um eletrólito;

• Exemplo: Uma peça de Cobre e outra de Ferro em contato com a água salgada. O Ferro tem maior tendência de se oxidar que o Cobre, então o Ferro sofrerá corrosão intensa.

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Quanto mais separados na série galvânica, maior a ação eletroquímica quando estiverem juntos.

PARES GALVÂNICOS

Fe

Cu

Fe

Cu

a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química

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Meios de prevenção contra corrosão galvânica:

- Evitar contato metal-metal coloca-se entre os mesmos um material não-condutor (isolante);

- Usar Inibidores Usado principalmente em equipamentos químicos onde haja líquido agressivo.

a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química

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b) Pilha de corrosão: mesmo material e eletrólitos de concentração

Dependendo das condições de trabalho, funcionará como:

• ÂNODO: o material que tiver imerso na solução diluída;

• CÁTODO: o material que tiver imerso na solução mais concentrada.

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c) Pilha de corrosão: mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos

É também chamada de corrosão por aeração diferenciada.

Observa-se que quando o oxigênio do ar tem acesso à superfície úmida do metal a corrosão aumenta, sendo MAIS INTENSA NA PARTE COM DEFICIÊNCIA EM OXIGÊNIO.

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c) Pilha de corrosão: mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos

• No cátodo: H2O + ½ O2 + 2 elétrons 2 (OH-)

MAIS AERADO

Os elétrons para a redução da água vem das áreas deficientes em oxigênio.

• No ânodo: • OCORRE A OXIDAÇÃO DO MATERIAL NAS

ÁREAS MENOS AERADAS.

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c) Pilha de corrosão: mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos

• Sujeiras, trincas, fissuras, etc. atuam como focos para a corrosão (levando à corrosão localizada) porque são regiões menos aeradas.

• O acúmulo de sujeiras, óxidos (ferrugem) dificultam a passagem de Oxigênio agravando a corrosão.

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EXEMPLO: CORROSÃO DO FERRO POR AERAÇÃO DIFERENCIADA.Fe + Ar úmido (oxigênio mais água)

• No ânodo: REGIÃO MENOS AERADAFe (s) Fe+2 + 2 elétrons E= + 0,440 Volts

• No cátodo: REGIÃO MAIS AERADAH2O + ½ O2 + 2 elétrons 2 (OH-) E= + 0,401 Volts

• Logo:

Fe+2 + 2 (OH-) Fe(OH)2

– O Fe(OH)2 continua se oxidando e forma a ferrugem

2 Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O 2 Fe(OH-)3 ou Fe2O3.H2O

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d) Pilha de corrosão: diferentes temperaturas

• Em geral, o aumento da temperatura aumenta a velocidade de corrosão, porque aumenta a difusão.

• Por outro lado, a temperatura também pode diminuir a velocidade de corrosão através da eliminação de gases, como O2 por exemplo.

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EFEITOS DA MICROESTRUTURACORROSÃO INTERGRANULAR

• O contorno de grãocontorno de grão funciona como região anódica, devido ao grande número de discordâncias presentes nessa região.

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

• A presença de diferentes fasesfases no material, leva a diferentes f.e.m e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer corrosão preferencial de uma dessas fases.

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

• Diferenças Diferenças composicionaiscomposicionais levam a diferentes potenciais químicos e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer corrosão localizada.

• Ocorre em soldas de inox (sensitização ou “weld decay”)

Exemplo: Corrosão intergranular no Aço inox

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EFEITO DE FORÇAS MECÂNICAS

• A presença de tensõesA presença de tensões levam a diferentes f.e.m e com isso, na presença de meios líquidos, pode ocorrer corrosão localizada.

• A região tensionada têm um maior número de discordâncias, e o material fica mais reativo.

Ex.: região de solda, dobras, etc.

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EXEMPLOS DE CORROSÃO SOB TENSÃO

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EFEITOS DA MICROESTRUTURA

• Trincas, cavidades ou porosTrincas, cavidades ou poros também funcionam como regiões anódicas.

• Ou corrosão em frestas: regiões com baixa circulação de líquido (estagnação de fluido) e baixa aeração. O O2 é consumido, havendo a liberação de H+ e Cl-, que são corrosivos, mesmo para materiais normalmente passivadas.

• Formas de evitar: evitar juntas rebitadas ou parafusadas, preferir juntas soldadas.

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PRINCIPAIS MEIOS DE PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO

• PINTURAS OU VERNIZES;• RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTRO

METAL MAIS RESISTENTE À CORROSÃO;• GALVANIZAÇÃO: Recobrimento com um metal

menos resistente à corrosão;• PROTEÇÃO ELETROLÍTICA OU PROTEÇÃO

CATÓDICA.

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PINTURAS OU VERNIZES

• Separa o metal do meio.

• Características da pintura sobre corrosão:1) Ação anti-corrosiva: “primers” e tintas anti-corrosivas (a base de zinco);

– Aderência: fundamental para evitar a propagação da corrosão, caso a pintura seja riscada, a corrosão fica restrita ao risco e não se propaga sob a camada de tinta;

– Flexibilidade: para caso de dobramentos, flexões e mesmo para as contrações e dilatações devido à variação da temperatura;

– Impermeabilidade: evitar que vapor d’água, oxigênio e outros gases corrosivos permeiem através da pintura ate o metal.

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RECOBRIMENTO DO METAL COM OUTRO METAL MAIS RESISTENTE À CORROSÃO

• Separa o metal do meio;• Ex.: Cromagem, folhas de flandres, Niquelagem,

revestimento de arames com Cobre, etc.;• Dependendo do revestimento e do material revestido,

pode haver formação de uma pilha de corrosão quando houver rompimento do revestimento em algum ponto, acelerando a corrosão.

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PROTEÇÃO NÃO-GALVÂNICA

Folhas de flandres: São folhas finas de aço revestidas com estanho que são usadas na fabricação de latas para a indústria alimentícia. O estanho atua como ânodo somente até haver rompimento da camada protetora em algum ponto. Depois de rompido, atua como cátodo, fazendo então que o aço atue como ânodo, corroendo-se.

Proteção com camada de um material mais resistente à corrosão que o material base. Ex Folha de flandes (Sn-Fe).

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PROTEÇÃO GALVÂNICARecobrimento com um metal menos resistente à corrosão

• Separa o metal do meio. Ex.: Recobrimento do aço com Zinco;

• O Zinco é mais suscetível à corrosão que o Ferro, então enquanto houver Zinco, o aço ou ferro estará protegido.

• Como a área recoberta de Zn é grande, a corrosão é bem lenta na camada de Zn.

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PROTEÇÃO ELETROLÍTICA OU PROTEÇÃO CATÓDICA

• Utiliza-se o processo de formação de pares metálicos (UM É DE SACRIFÍCIO), que consiste em unir-se intimamente o metal a ser protegido com o metal protetor, o qual deve apresentar uma maior tendência de sofrer corrosão.

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FORMAÇÃO DE PARES METÁLICOS

• É muito comum usar ânodos de sacrifícios em tubulações de ferro ou aço em subsolo e em navios e tanques.

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ÂNODOS DE SACRIFÍCIO MAIS COMUNS PARA FERRO E AÇO

• Zn• Al• Mg

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Obrigado pela atenção!!

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