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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS,

AERONÁUTICA E AUTOMOBILÍSTICA

Projeto e construção de uma microcélula eletroquímica para

estudo de microrregiões de juntas soldadas

Relatório Científico Final: março/2013 – julho/2013

Aluno: Fernando Seiti Misina

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Falcão de Oliveira

São Carlos, Julho de 2013

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ÍNDICE

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ....................................................................................... 1

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS ................................................................ 1

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS, ................................................ 1

AERONÁUTICA E AUTOMOBILÍSTICA ............................................................................... 1

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 3

2.1 Introdução ................................................................................................................. 3

2.2 Reações eletroquímicas ............................................................................................ 3

2.3 Corrosão .................................................................................................................... 4

2.3.1 Corrosão por pites ....................................................................................................... 5

2.3.2 Corrosão intergranular ................................................................................................ 7

2.4 Ensaios eletroquímicos ............................................................................................. 8

2.4.1 Ensaios eletroquímicos para corrosão por pites ......................................................... 8

2.4.2 Ensaios de ciclo duplo para corrosão intergranular (EPR-DL) ................................ 10

2.5 Microcélulas eletroquímicas .................................................................................. 10

2.6 Aços Inoxidáveis Austenítcos ................................................................................. 12

2.6.1 Ligas 316L e 444 ...................................................................................................... 12

3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................. 13

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................................... 14

5 CONCLUSÕES ................................................................................................................ 16

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 17

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1. Introdução:

Este relatório científico refere-se ao projeto de pesquisa “Projeto e construção de

uma microcélula eletroquímica para estudo de microrregiões de juntas soldadas”, e

apresenta os trabalhos desenvolvidos no período de março de 2013 a julho de 2013.

Esse será apresentado em cinco partes inter-relacionadas, sendo a primeira uma revisão

bibliográfica, a qual irá conter parte do material pesquisado. As segunda e terceira

partes referem-se a Materiais e Métodos, Resultados e Discussões, as quais trazem todo

o procedimento experimental realizado e os resultados obtidos, assim como todo o

desenvolvimento deste projeto e possíveis trabalhos a serem realizados posteriormente.

Por fim, serão apresentadas conclusões preliminares.

2. Revisão Bibliográfica

2.1 Introdução

Esta revisão apresentará os resultados de pesquisas bibliográficas ao longo do

primeiro semestre de pesquisa. Primeiramente discorrer-se-á sobre a eletroquímica, logo

após corrosão e as formas de corrosão que serão estudadas nesse projeto, em seguida os

tipos de ensaios feitos para se avaliar esses tipos de corrosão e o alvo do projeto

(microcélula eletroquímica), depois discorrer-se-á sobre os aços que serão estudados.

2.2 Reações Eletroquímicas

Uma reação é considerada eletroquímica se ela estiver associada a uma passagem

de corrente elétrica através de uma distância finita, maior do que a distância

interatômica. Esta passagem de corrente envolve o movimento de partículas carregadas:

íons, elétrons, ou ambos. Dessa forma, na maioria das reações, que se manifestam em

presença de uma superfície metálica, ocorre esta passagem de corrente através do metal,

e a reação é eletroquímica em sua natureza. Como na corrosão de um metal a superfície

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metálica está sempre presente, as reações básicas responsáveis pela corrosão são

eletroquímicas.

A distância que a corrente elétrica percorre numa reação eletroquímica pode va-

riar bastante, desde uma dimensão da ordem de um tamanho de grão (mícrons), como

no caso da dissolução de um metal numa solução ácida, até quilômetros de distância,

como no caso da corrosão por correntes de fuga de tubulações enterradas nas vizi-

nhanças de uma estrada de ferro eletrificada.

Na maioria das reações eletroquímicas, os íons se movimentam através de ele-

trólito líquido, normalmente aquoso. No entanto, em reações de oxidação (por exem-

plo, reação a temperatura elevada entre um metal e o oxigênio atmosférico) não se tem

eletrólito líquido e o movimento de íons ocorre através da película de óxido metálico

que se forma na superfície do metal. Este óxido funciona como um eletrólito sólido e

garante a natureza eletroquímica da reação (WOLYNEC, 2003).

2.3 Corrosão

A corrosão é o processo de deterioração do material devido a reações com seus

arredores, é o ato ou processo de destruir ou desgastar gradualmente, especialmente por

reação química. A mesma custou ao governo americano, em 1998, 3.1% de seu PIB,

num gasto de 276 bilhões de dólares, além de custar de 1% a 5% do PIB para a maioria

dos outros países (YANG, 2008).

A corrosão é, em geral, um processo espontâneo, e, não fora o emprego de

mecanismos protetores, ter-se-ia a destruição completa dos materiais metálicos, visto

que os processos de corrosão são reações químicas e eletroquímicas que se passam na

superfície do metal e obedecem a princípios bem estabelecidos. Quando o produto de

corrosão pode ser removido, a velocidade de corrosão não deverá sofrer diminuição

com o tempo. Esse caso ocorre quando se formam produtos de corrosão solúveis ou

quando os produtos de corrosão são formados em locais que se situam entre as áreas que

sofreram e as que não sofreram a ação do meio corrosivo (GENTIL, 2003).

Na corrosão eletroquímica ocorrem reações químicas que envolvem transferência

de cargas ou elétrons através de uma interface ou eletrólito. Essa corrosão pode ser

descrita por três principais eventos:

Processo anódico: passagem dos íons para a solução;

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Deslocamento dos elétrons e íons: observa-se a transferência dos elétrons

das regiões anódicas para as catódicas pelo circuito metálico e uma difusão

de ânions e cátions na solução;

Processo catódico: recepção de elétrons, na área catódica, pelos íons ou

moléculas existentes na solução (GENTIL, 2003).

2.3.1 Corrosão por pites

Corrosão por pites é definido como o processo de dissolução acelerada localizada

em um metal e que ocorre como resultado da quebra da camada passiva da superfície

metálica. A mesma apenas ocorre na presença de espécies aniônicas agressivas, como o

cloreto. A eletroquímica da corrosão por pites e o papel dos cloretos na suscetibilidade a

corrosão por pites tem sido estudada por vários pesquisadores (AOUINA;BALBAUD-

CÉLÉRIER; HUET; JOIRET; PERROT; ROILLARD; VIVIER, 2011). O íon cloreto

possui tal agressividade devido a ele ser um ânion proveniente de um ácido forte, e

muitos cátions metálicos exibem alta solubilidade em soluções de cloreto; além de ser

um ânion com tamanho relativamente pequeno e com alta difusividade, o cloreto

também interfere na passivação (FRANKEL, 1998). Aços inoxidáveis, na presença de

íons cloreto, tem um número maior de regiões de nucleação ativadas (BÖHNI; SUTER;

SCHREYER, 1995).

O processo de corrosão por pite é considerado, por natureza, como auto-catalítico.

Uma vez que um começa a crescer, as condições propiciadas no meio são tais que seu

crescimento é promovido. Ele depende fortemente da composição da liga e de sua

microestrutura (FRANKEL, 1998).

De acordo com a literatura, pites, em geral, se iniciam em heterogeneidades físicas

ou químicas na superfície do material, como inclusões, partículas de segunda fase,

falhas, danos mecânicos, entre outros. A maioria das ligas utilizadas em engenharia

possui alguns dos defeitos citados ou todos eles, o que fará com que os pites tendam a

se formar nas regiões mais suscetíveis. Pites em aços inoxidáveis são comumente

associados com inclusões de MnS, que são encontradas na maioria dos aços

inoxidáveis. O papel das inclusões de MnS em promover a quebra da camada passiva e

a corrosão localizada em aços inoxidáveis foi reconhecido por um tempo. Foi sugerido

que o sulfeto se oxida para formar sulfato e ácido, enxofre, ou tiossulfato (FRANKEL,

1998).

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Figura 1: exemplos de formas de pite (GENTIL, 2003)

Para que ocorra a nucleação de um pite é preciso que o material esteja em contato

com um meio agressivo sob potenciais capazes de quebrar a camada passiva. A

nucleação de um pite ocorre a partir da quebra localizada da camada passiva, e

iniciando-se a formação de uma pilha de corrosão entre a superfície externa (passiva e

catódica) e o interior da cavidade (ativa e anódica). Essa pilha é formada em função da

presença de oxigênio e de íons agressivos. Sendo pequena a relação de superfície

ânodocátodo, a velocidade de corrosão localizada pode se tornar elevada e as cavidades

ficam profundas rapidamente, mesmo se a quantidade total de metal que se dissolve for

pequena. A Figura 2 exemplifica o processo de corrosão por pite, onde o metal M é

corroído por uma solução de NaCl com determinado teor de oxigênio dissolvido. Ocorre

uma rápida dissolução no interior do pite enquanto o oxigênio reage com os elétrons na

superfície adjacente.

Figura 2 - Processo auto-catalítico ocorrendo na corrosão por pite em uma solução aerada de

NaCl. (ZANETIC, 2006 baseada em FONTANA-GREENE, 1986).

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2.3.2 Corrosão intergranular

A corrosão intergranular, segundo Roberge (2000), é um ataque localizado ao

longo dos contornos de grão, enquanto o interior do grão mantém-se intacto. De acordo

com Gentil (2003) o ataque corrosivo à liga depende do potencial e dos defeitos

cristalinos eou da heterogeneidade química do material. Roberge (2000) menciona que

a corrosão intergranular é geralmente associada com efeitos de segregação química

(impurezas têm a tendência de enriquecer os contornos de grãos) ou com precipitados

de fases específicas nos contornos de grãos. Entretanto, a principal causa da corrosão

intergranular nos aços inoxidáveis está relacionada à precipitação de carbonetos de

cromo (M23C6) nos contornos de grão, fenômeno conhecido por sensitização.

Figura 3: exemplo de corrosão intergranular (GENTIL, 2003).

De acordo com Davison et. al. (1993) a sensitização é caracterizada pela formação

de finos e frágeis precipitados de carbonetos ricos em cromo, nos contornos de grão,

enquanto as regiões adjacentes aos contornos de grão se tornam empobrecidas de cromo

devido à velocidade de difusão do cromo ser menor que a do carbono. Os precipitados

de carbonetos apresentam a composição M23C6, onde M corresponde a Fe0,2-0,3Cr0,7-0,8,

ou seja, os carbonetos contêm de 70-80%Cr em peso, enquanto a matriz adjacente aos

contornos apresenta teores abaixo de 12%Cr em peso, tornando-se suscetíveis à

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corrosão intergranular. No entanto, se um aço inoxidável austenítico é mantido tempo o

suficiente na temperatura de sensitização o material perde a condição de sensitizado

porque a difusão do Cr do “bulk” reabastece a região empobrecida em Cr, apesar de os

carbonetos estarem ainda precipitados. O aço inoxidável austenítico torna-se então

menos suscetível a sensitização, e por consequência a corrosão intergranular pela

diminuição do teor de carbono ou por adição de elementos de liga como Ti ou Nb, que

são formadores de carbonetos mais fortes que o Cr (YANG, 2008).

Kuri (2009) diz também que a zona térmica afetada (ZTA) é a mais suscetível a

trincas, devido a sua sensitização por soldagem por métodos convencionais.

2.4 Ensaios eletroquímicos

Os ensaios eletroquímicos de corrosão são métodos amplamente utilizados para

avaliação quantitativa e qualitativa da capacidade de um material em resistir à corrosão

quando exposto a certo meio. Benedetti et.al. (2011) diz que, de um ensaio com uma

célula eletroquímica convencional, obtém-se uma resposta que representa a média

composta por diversas contribuições da superfície investigada. A curva obtida após a

varredura de potencial fornece uma indicação sobre a resistência do material à passagem

de corrente. Quanto mais alto for o potencial correspondente ao aparecimento de uma

corrente elétrica, melhor será o sistema (BARD; FAULKNER, 2001; KELLY et.al.,

2003; WOLYNEC, 2003).

De acordo com Lohrengel (2004), o método da analise eletroquímica pode ser

aplicado em vários sistemas, dentre eles: superfícies catalisadoras em que não há

necessidade de isolamento das arestas cortantes; analise de um único cristal sem pré-

tratamento ou tensão mecânica; analise de apenas um grão de materiais poli cristalinos

tais quais aço, alumínio, tálio, nióbio e outros; além da analise de micro partículas.

Böhni conclui que os métodos micro eletroquímicos são uma poderosa ferramenta

para a caracterização de corrosões localizadas em ligas e metais passivados em

inúmeras condições de fornecimento e processamento.

2.4.1 Ensaios eletroquímicos para corrosão por pites

Na técnica potenciocinética ou potenciodinâmica, que é a que se utilizará nesse

projeto, efetua-se o levantamento da curva de polarização do metal dentro da solução de

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ensaio (normalmente uma solução aquosa contendo 3,5% a 4% de NaCl) na direção

anódica, a partir de um certo potencial (em geral a partir do potencial de corrosão E*) e

com uma velocidade de varrimento padronizada. Por se tratar de metal passivo, a

densidade de corrente é inicialmente bastante pequena (da ordem de 10-6

a 10-5

A/cm2) e

a mesma varia muito pouco com o aumento do potencial. Quando se atinge o potencial

de pite, ocorre um brusco aumento no valor da densidade de corrente.

O potencial de pite é normalmente considerado como sendo a intersecção da reta

definida pela curva antes do aumento brusco da densidade de corrente com a reta

definida pela curva após esse aumento.

Devido à sua simplicidade, esta técnica tem sido a preferida na determinação do

potencial de pite. Contudo, em alguns casos, mesmo ocorrendo a corrosão por pite, não

se observa o aumento brusco da densidade de corrente, o que torna a determinação

desse potencial extremamente difícil ou mesmo impossível. Nesses casos, tem-se em

geral um contínuo, porém não brusco, aumento da densidade de corrente desde o

potencial em que se iniciou o levantamento da curva de polarização até o provável

potencial de pite. (WOLYNEC, )

Abaixo, temos um exemplo de curva de polarização obtida através da técnica

potenciocinética ou potenciodinâmica.

Figura 4: Curva de polarização típica obtida por meio da técnica potenciocinética ou

potenciodinâmica para a determinação do potencial de pite Ep. (WOLYNEC, 2003)

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2.4.2 Ensaios de ciclo duplo para corrosão intergranular (EPR-DL)

No presente método a amostra é polarizada potenciocineticamente a partir do

potencial de corrosão até um potencial em que a mesma fica passivada (para aços

inoxidáveis austeníticos este potencial é normalmente de +300mv (ECS)) e, em seguida,

a direção de varrimento é invertida, e a amostra é polarizada, com a mesma velocidade

de varrimento, de volta ao potencial de corrosão. Obtêm-se, assim, duas curvas com

pico, conforme ilustrado na Figura 3. Na curva de polarização anódica (obtida a partir

do potencial de corrosão até o potencial de passivação) a densidade de corrente do pico

é designada como ia, enquanto na de polarização catódica, que é uma curva de

reativação, tem-se a densidade de corrente de pico ir.

O emprego da polarização anódica no ensaio dispensa um polimento mais acurado

da amostra, sendo suficiente o polimento com lixa até a grana 100. A polarização

anódica se encarrega de completar o polimento da amostra e, além disso, ela dissolve as

inclusões não metálicas que podem induzir a corrosão por pite.

Figura 5: Curvas esquemáticas do ensaio de reativação potenciocinética de ciclo duplo (DL-

EPR) para o aço inoxidável do tipo AISI 304 sensitizado.

No método do ciclo duplo, a medida do grau de sensitização é normalmente feita por

meio da relação entre as duas correntes de pico, isto é, pela relação ir/ia. A Figura 3

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ilustra os resultados obtidos por esse método para o aço inoxidável AISI 304 (UNS

S30400) submetido a tratamento de sensitização em diferentes temperaturas por

diferentes tempos. (WOLYNEC, 2003)

2.5 Microcélulas eletroquímicas

O estudo da corrosão com o uso de células eletroquímicas convencionais fornece

uma resposta que representa a média ponderada dos diferentes contribuintes da

superfície analisada, já que possui uma área relativamente grande (AKITA, 2009;

BÖHNI; SUTER; SCHREYER, 1995). Estudos localizados de corrosão são possíveis

através do uso de microcélulas eletroquímicas, onde a área da superfície exposta é

drasticamente reduzida. Com base em inúmeras publicações de aplicação de

microcélula, ficou evidente a potencialidade da técnica para estudos de grãos, contornos

de grãos, regiões de solda, estudos de inclusões e de um único pite de corrosão, filmes

finos e ultrafinos, regiões passivadas, e outros. Outras vantagens que são relacionadas

ao uso de microcélulas são: uso de pequenas quantidades de eletrólito, a amostra não

necessita de preparação, baixo estresse mecânico do material de interesse; apenas a área

molhada da amostra é investigada, sendo que o restante da superfície da amostra fica

inalterado; baixo consumo de eletrólito; permite o estudo de praticamente qualquer

quantidade de amostra metálica (Hamelmann; Lohrengel, 2001; Lohrengel et.al. 2004)).

As técnicas eletroquímicas de corrosão com o uso de minicélulas para diferentes

aplicações são descritas em inúmeros trabalhos (ANDREATTA et.al.; 2004;

ANDREATTA et.al., 2009; AKITA, 2009; AKITA et.al., 2011; GARCIA et.al., 2008;

PEREDA et.al., 2011; SUTER; BÖHNI, 1997; VIGNAL et.al., 2007).

Uma típica célula eletroquímica é baseada num padrão de três eletrodos em um

sistema que contém um capilar com faixa menor que 1000um, que entra em contato

apenas com uma pequena área da superfície sólida. Nessa configuração, o eletrodo de

trabalho é aquele que se encontra na região molhada abaixo da ponta do capilar

(ADRIAENS; ARJMAND, 2012).

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2.6 Aços Inoxidáveis Austeníticos

Os aços inoxidáveis austeníticos possuem um vasto campo de aplicação, nos mais

variados segmentos, tais como petroquímico, papel e celulose, mineração, cítrico,

sucroalcooleiro e farmacêutico. (SILVA TELLES, 2005; ROBERGE, 2000).

Os principais elementos de liga que conferem aos aços inoxidáveis uma melhor

resistência à corrosão por pite, quando adicionados na liga em proporções adequadas,

são: níquel, molibdênio, tântalo, titânio, nitrogênio e tungstênio. Há aqueles elementos

de liga que diminuem a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis, tais como o cobre e

o enxofre. A adição de Mo (acima de 2%, como no caso do aço AISI 316) e de Ni,

assim como a redução da quantidade de inclusões e precipitados, reduzem a incidência

de corrosão por pites (ROBERGE, 2000; GEMELLI, 2001).

2.6.1 Ligas 316L e 444

A liga AISI 316L é amplamente empregada em trocadores de calor e vasos de

pressão expostos a meios corrosivos, e a soldagem é o principal processo de manufatura

desses equipamentos, sendo que geralmente são realizadas soldas multipasses devido a

espessura do componente. A solda pode ser realizada pelo processo de soldagem ao arco

metálico com atmosfera gasosa (SAMG), também conhecida como processo MIG, e,

dependendo do ciclo térmico de soldagem, pode-se expor a liga à condição de tempo-

temperatura que ocasione à precipitação de fases intermetálicas, inclusive a fase σ,

principalmente para tempos longos de resfriamento ou de permanência em alta

temperatura. Desse modo, a soldagem multipasse no processo SAMG pode acarretar na

degradação da resistência à corrosão.

De acordo com Wainer et.al. (1992) a soldagem SAMG multipasse da liga AISI

316L pode ser realizada em três diferentes modos de transferência do metal:

1) Curto-circuito: baixos valores de corrente e calor aplicado na peça, onde

a gota que se forma na ponta do eletrodo nu toca a poça de fusão, formando um curto

circuito;

2) Spray: elevada densidade de corrente e calor aplicado na peça, sendo que

a gota que se forma na ponta do eletrodo nu tem o diâmetro menor que o próprio

eletrodo e é axialmente direcionada;

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3) Pulsado: quantidade de calor aplicado na peça menor que a transferência

por spray, caracteriza-se por ser um modo de transferência por pulverização axial onde

o equipamento de soldagem emite dois níveis de corrente; no primeiro é feita a fusão da

ponta do eletrodo, e o segundo causa a transferência de uma única gota.

A soldagem multipasse no processo SAMG, sem tratamento térmico após

soldagem, necessita ser realizada por um procedimento cuidadosamente elaborado para

evitar a precipitação de fases intermetálicas e de carbonetos de cromo. Roberge (2000) e

Sedriks (1996) citam que dois dos mais degradantes e comumente observados

mecanismos de corrosão dos aços inoxidáveis austeníticos podem surgir a partir da

soldagem multipasse: pite e intergranular. E em juntas soldadas podem ocorrer a

atuação simultânea desses mecanismos de corrosão (GUILHERME; OLIVEIRA,

2010a; GUILHERME; OLIVEIRA, 2011a; GUILHERME, 2011).

Desenvolveram-se inúmeros tipos de aços inoxidáveis ao longo do tempo, e o aço

de interesse desse projeto pertence à classe dos austeníticos, especificamente a liga AISI

316L, que apresenta uma composição química primária de 18%Cr-10%Ni-2%Mo, e teor

de carbono abaixo de 0,035%. Estas ligas são assim chamadas devido à sua estrutura

austenítica à temperatura ambiente, ou seja, cúbica de face centrada (CFC). Em função

de sua composição química, essa classe de aço possui excelentes propriedades, fato que

os caracteriza como materiais de fácil fabricação que apresentam excelente ductilidade e

resistência à corrosão, diferenciais que os tornam muitas vezes a melhor opção para

aplicações industriais desde temperaturas criogênicas até altas temperaturas. Esses aços

possuem uma combinação favorável de propriedades, tais como: resistência à corrosão e

à oxidação, resistência mecânica a quente, trabalhabilidade e soldabilidade.

O sistema Fe-Cr-Ni representa a base dos aços inoxidáveis com matriz

predominantemente austenítica. As ligas pertencentes a este grupo podem apresentar

estrutura parcialmente ferrítica ou totalmente austenítica (no estado bruto de fundição).

As fases presentes neste diagrama são a ferrita e a austenita, cujo campo ferrítico

localiza-se próximo às composições ricas em cromo e o campo austenítico próximo às

composições ricas em níquel. Há um campo de coexistência das duas fases em

composições intermediárias, onde os limites ampliam-se conforme a temperatura

decresce. O aumento do campo austenítico é diretamente proporcional ao percentual de

Ni (elemento austenitizante), sendo que, são necessários 8% Ni em um aço inoxidável

com teor de 18% Cr, para garantir uma estrutura final austenítica. Além dos elementos

químicos presentes já mencionados (Fe, Cr, Ni e C), os aços inoxidáveis podem conter o

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molibdênio (Mo), um elemento ferritizante. Na presença desse elemento, é necessário

aumentar o percentual de níquel (Ni) a fim de evitar uma estrutura bifásica. A Figura 6

ilustra o diagrama Fe-Cr-Ni a 650ºC. (MARSHALL, 1984; PADILHA; GUEDES,

2004)

Figura 6 - Representação da seção do diagrama de equilíbrio Fe-Cr-Ni a 650ºC (SEDRIKS, 1996).

3 Materiais e Métodos

Os ensaios eletroquímicos de corrosão em escala micro foram realizados através

do uso de uma mini-célula, confeccionada com base no modelo proposto por Martin

et.al. (2008), com uma área molhada de 5,9 x 10-3 cm2 (870µm de diâmetro na ponta

do microcapilar). Esta área engloba em torno de 1000 grãos do aço AISI 316L

(considerando G=8, para tamanho de grão ASTM), sendo satisfatório para o estudo

localizado de regiões de solda. A Figura 7(a) mostra em destaque a mini-célula e o

potenciostato portátil, e a Figura 7(b) apresenta a montagem e os principais

componentes da mini-célula: 1) Potenciostato portátil Palmsens mod. PSTrace; 2)

Computador interligado ao potenciostato; 3) Corpo e tampa da mini-célula

confeccionada em teflon; 4) Eletrodo de referência de calomelano saturado (ECS) de

7,0 mm de diâmetro; 5) Contra-eletrodo composto por arame de platina (300 µm de

diâmetro); 6) Recipiente de armazenamento e escoamento para entrada do eletrólito

com pressão constante; 7) Mangueira para saída do eletrólito; 8) Suporte para fixação da

mini-célula e de seus componentes.

A operação da mini-célula consiste em escoar o eletrólito para o interior do corpo

da mini-célula em um fluxo constante, pelo orifício de 5 mm de diâmetro, até que

ocorra a expulsão das bolhas de ar e que o eletrólito entre em contato com o eletrodo de

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trabalho. O eletrólito sai do corpo da mini-célula por um orifício de 1 mm de diâmetro,

que segundo Martin et.al. (2008), esta redução da vazão favorece a renovação do

eletrólito. A configuração do sistema é baseada em três eletrodos (referência, trabalho e

o contra-eletrodo), sendo que o contra-eletrodo de platina é posicionado entre o eletrodo

de referência e o eletrodo de trabalho. No entanto, considera-se que não ocorre a queda

do potencial porque a distância entre eles é inferior a 1 mm. A varredura inicia-se em

um potencial de -50 mV abaixo do potencial de circuito aberto (OCP), e utiliza-se uma

taxa de varredura de 1 mV/s, sendo conduzido o ensaio até o potencial de 1000 mV.

Figura 7 - Montagem mostrando em (a) a mini-célula (tampo e corpo), a montagem do eletrodo de

referência e o potenciostato; (b) principais componentes da mini-célula.

4 Resultados e Discussão

Ensaios preliminares foram realizados no metal de base AISI 316L, de acordo

com o procedimento descrito acima, e a Figura 8(a) mostra a sobreposição das curvas de

polarização obtidas. Em uma amostra de 10 cm2 foram realizados 50 ensaios, e

observou-se uma regularidade nos resultados, indicando sua reprodutividade. Como

exemplo, os parâmetros Ecorr e Etransp obtiveram um valor médio e desvio padrão de (-

347 21)mV e (295 29)mV, respectivamente.

(

a)

(

b)

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Figura 8 - Resultados preliminares dos ensaios eletroquímicos de corrosão mostrando em (a)

típica curva de polarização obtida; (b) área molhada do ensaio delimitada com diâmetro de 870 µm, e

apresentando corrosão por fresta.

A Figura 8(b) apresenta uma micrografia que mostra a área molhada, que limita

a superfície do ensaio de corrosão. Observa-se que ocorreu corrosão por fresta pela

forma do contato da ponta do capilar de teflon com a superfície do eletrodo de trabalho,

apresentado uma vedação insuficiente, acarretando na aeração diferencial. Esta

condição influencia nos parâmetros eletroquímicos de corrosão, tais como Ecorr e Epit.

Avaliaram-se três opções para eliminar a corrosão por fresta apresentada pela mini-

célula:

a) Confecção de um mini-capilar em vidro (para montar no corpo da mini-célula), e

aplicar na borda do capilar uma camada de silicone como vedante posicionado entre

a amostra e o capilar, garantindo uma área constante e reprodutível, desde que seja

aplicada uma força constante sobre o capilar (AKITA et.al., 2011);

b) Através da tensão superficial da gota do eletrólito, onde a ponta do mini-capilar fica

posicionada a uma distância de 10-40µm da superfície, e apenas uma gota do

eletrólito entra em contato com o eletrodo de trabalho (LOHRENGEL;

MOEHRING; PILASKI, 2001);

c) Usinagem de um canal interno na ponta do mini-capilar para o encaixe de um

o’ring, que após a aplicação de uma pressão controlada, elimina-se a corrosão por

fresta e garante a estanqueidade do sistema, além de uma área molhada constante.

5 Conclusão

Considera-se a alternativa “a” como a opção mais viável para a mini-célula, e será

a medida adotada. Destaca-se que será necessário controlar a pressão exercida pela

ponta do mini-capilar sobre a superfície do eletrodo de trabalho para que não ocorra,

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principalmente, micro deformações na superfície da amostra, fato que pode induzir à

corrosão sob tensão (AKITA et.al., 2011).

Serão analisadas novas geometrias ou maneiras de obter-se uma maior

versatilidade da microcélula para possibilitar ensaios em campo.

6 Referências bibliográficas

ADRIAENS, A.; ARJMAND, F. Investigation of 304L stainless steel in a NaCl solution using a

microcapillary electrochemical droplet cell: Comparison with conventional electrochemical techniques.

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FORMULÁRIO PARA EMISSÃO DE PARECER SOBRE OS RELATÓRIO – BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTIFICA – PIBIC, PIBITI, INSTITUCIONAL e SANTANDER - vigência 2012 2013

ENTREGAR ATÉ O DIA 31/07/2013 1 2 I. IDENTIFICAÇÃO Nome do Bolsista: Fernando Seiti Misina Nome do Orientador: Marcelo Falcão de Oliveira Departamento: Engenharia de Materiais 3 4 Tipo de Bolsa: PIBIC, PIBITI, INSTITUCIONAL e SANTANDER

5 Vigência da Bolsa: 01/agosto/2012 a 31/julho/2013 6 7 II. APRECIAÇÃO SOBRE O RELATÓRIO FINAL Ótimo ( ) Bom ( X ) Regular ( ) Fraco ( ) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ III. SUGESTÕES DO ORIENTADOR ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ São Carlos, 31 de Julho de 2013. Assinatura do Orientador: Departamento: Engenharia de Materiais

OBS: Favor anexar o Parecer junto com o Relatório antes de FAZER o PDF. O PDF não poderá ser superior a 4MB. Enviar por e.mail rstrozi@sc.usp.br