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

Resistência à corrosão

Disponibilidade Custo

Material

Resistência Mecânica Aparência

Processo de Fabricação

Aspectos eletroquímicos

Aspectos Resistência à AspectosFísico-Químicos Corrosão Metalúrgicos

Aspectos Termodinâmicos

MEIOS DE CORROSÃO

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

MEIOS DE CORROSÃO

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

MEIOS DE CORROSÃO

• 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 DE CORROSÃO

• 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 DE CORRROSÃO• 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

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

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

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

Exemplo: reação do zinco na presença de ácido clorídrico

Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

Zn + 2H+ Zn2+ + H2

Reação de oxidação (anódica): Zn Zn2+ + 2eReação de redução (catódica): 2 H+ + 2e H2

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

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

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

• Reações catódicas• Evolução de hidrogênio (meios ácidos) 2H+ + 2e H2

• Redução de oxigênio (soluções ácidas)

O2 + 4H+ + 4e 4OH-

• Redução de oxigênio (soluções neutra ou básicas) O2 + 2H2O + 4e 4OH-

• Redução de íon metálico M3+ + e M2+

• Deposição de metal M+ + e M

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

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

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

• Fontes de Corrosão Eletroquímica• Heterogeneidades primárias: são inerentes

ao material Impurezas no metal Ligas Vérticies e arestas de cristais Pontos de ruptura de filmes protetore

MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO

• 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.

CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE

• 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

CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE

• Moléculas de água são dipolos elétricos - + - + - + - +• Troca de carga + - 2H+ + 2e H2

+ - H2 2H+ + 2e

+ -

CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE

• 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.

CIÊNCIA DA SUPERFÍCIE

• 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

Interações ion- solvente Interações ion-ion

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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?

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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

+

H H

H

H

H H

H

H

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

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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.

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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.

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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

ELETROQUÍMICA BÁSICA

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

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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 i = i- + i+

- número de transporte: t+ = i+/i t- = i-/i

ELETROQUÍMICA BÁSICA

• 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

A DUPLA CAMADA ELÉTRICA

• ddp = 1V• Dimensão da interfase = 10 angstrons• Gradiente de potencial = 107 V/cm essência da

eletroquímica

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

A DUPLA CAMADA ELÉTRICA

• 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.