Seleção de Materiais Segundo a Resistência à Corrosão EM 833- Seleção de Materiais Profa....

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Seleção de Materiais Seleção de Materiais Segundo a Resistência à Segundo a Resistência à

CorrosãoCorrosão

EM 833- Seleção de MateriaisEM 833- Seleção de MateriaisProfa. Cecília ZavagliaProfa. Cecília Zavaglia

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Definições básicasDefinições básicas

A A corrosãocorrosão pode ser definida como pode ser definida como um processo de destruição do um processo de destruição do material pela ação do meio-material pela ação do meio-ambiente.ambiente.

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Definições básicasDefinições básicasPraticamente todos os meios-ambientes Praticamente todos os meios-ambientes são corrosivos, em menor ou maior grau, são corrosivos, em menor ou maior grau, quer se trate de quer se trate de meio gasosomeio gasoso (atmosfera (atmosfera rural, marítima ou urbana, atmosfera limpa rural, marítima ou urbana, atmosfera limpa ou poluída, gases químicos), ou poluída, gases químicos), meio líquidomeio líquido (água doce e água do mar, água pura e (água doce e água do mar, água pura e água poluída, soluções químicas aquosas, água poluída, soluções químicas aquosas, produtos químicos orgânicos e inorgânicos produtos químicos orgânicos e inorgânicos líquidos), ou líquidos), ou meio sólidomeio sólido (solo seco ou (solo seco ou úmido, solo natural ou solo poluído, úmido, solo natural ou solo poluído, substâncias químicas sólidas).substâncias químicas sólidas).

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Definições básicasDefinições básicas Os Os materiais orgânicosmateriais orgânicos são menos são menos

corrosivos do que os corrosivos do que os inorgânicosinorgânicos quando em contato com os quando em contato com os materiais metálicos.materiais metálicos.

Condições de Condições de temperatura temperatura e e pressãopressão mais mais elevadaselevadas aceleram aceleram comumente o processo corrosivo.comumente o processo corrosivo.

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Modos como se manifestam Modos como se manifestam os efeitos danosos da os efeitos danosos da

corrosãocorrosão perda de qualidade na aparência perda de qualidade na aparência elevação do custo de manutençãoelevação do custo de manutenção interrupção do funcionamentointerrupção do funcionamento contaminação de produtoscontaminação de produtos perda de produtos em perda de produtos em

processamento ou processados processamento ou processados redução da segurançaredução da segurança

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Critério de resistência à Critério de resistência à corrosãocorrosão

Deve ser estabelecido quantitativamente Deve ser estabelecido quantitativamente em termos de velocidade de ataque em termos de velocidade de ataque corrosivo na forma de corrosivo na forma de perda de material perda de material por unidade de área para um determinado por unidade de área para um determinado tempotempo (por exemplo, nas unidades (por exemplo, nas unidades miligramas por decímetro quadrado e por miligramas por decímetro quadrado e por dia,dia, mdd mdd) ou de ) ou de profundidade de profundidade de penetraçãopenetração ( por exemplo, nas unidades ( por exemplo, nas unidades de milímetros por ano, de milímetros por ano, mpampa))

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Conceitos de eletroquímicaConceitos de eletroquímica

Existem três formas de classificar Existem três formas de classificar os processos de corrosão:os processos de corrosão:

1.1. Através dos mecanismos Através dos mecanismos físico‑químicos fundamentaisfísico‑químicos fundamentais

2.2. Corrosão química ou de Corrosão química ou de combinação direta, ou ainda, de combinação direta, ou ainda, de oxidaçãooxidação

3.3. Corrosão eletroquímicaCorrosão eletroquímica

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Conceitos de eletroquímicaConceitos de eletroquímica

1.1. A primeira se dá nos casos particulares de A primeira se dá nos casos particulares de trabalho em altas temperaturas em meios-trabalho em altas temperaturas em meios-ambientes secos;ambientes secos;

2.2. A segunda ocorre nos casos de meios A segunda ocorre nos casos de meios ambientes onde estão presentes soluções ambientes onde estão presentes soluções aquosas, atmosferas úmidas e líquidas que aquosas, atmosferas úmidas e líquidas que atuam como eletrólitosatuam como eletrólitos

3.3. Pode-se definir a corrosão eletroquímica Pode-se definir a corrosão eletroquímica como constituída de dois processos como constituída de dois processos parciais de reações de oxidação e de parciais de reações de oxidação e de redução do metalredução do metal

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Conceitos de eletroquímicaConceitos de eletroquímica

Segundo Gentil a corrosão ocorre Segundo Gentil a corrosão ocorre devido a reações do material com o devido a reações do material com o meio onde ele se encontra, dando meio onde ele se encontra, dando origem a uma origem a uma interação de eletricidade interação de eletricidade e de transformações químicase de transformações químicas..Sendo assim, corrosão é uma Sendo assim, corrosão é uma transformação química destrutiva do transformação química destrutiva do metal, que é ocasionada pormetal, que é ocasionada por fluxo de fluxo de elétrons.elétrons.

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Para uma corrente escoar é preciso Para uma corrente escoar é preciso um circuito elétrico completo:um circuito elétrico completo:

1.1. AnodoAnodo – eletrodo onde ocorre a oxidação – eletrodo onde ocorre a oxidação ( corrosão), onde a corrente na forma de íons ( corrosão), onde a corrente na forma de íons metálicos , entra no eletrólitometálicos , entra no eletrólito

2.2. Eletrólito Eletrólito – é o meio condutor ( líquido) que – é o meio condutor ( líquido) que contém íons que transportam a corrente até o contém íons que transportam a corrente até o catodocatodo

3.3. CatodoCatodo – é o eletrodo onde ocorre a redução e o – é o eletrodo onde ocorre a redução e o local onde a corrente sai do eletrólitolocal onde a corrente sai do eletrólito

4.4. Circuito metálicoCircuito metálico – é a ligação entre o anodo e o – é a ligação entre o anodo e o catodo, por onde escoam os elétrons, no sentido catodo, por onde escoam os elétrons, no sentido anodo-catodoanodo-catodo

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Esquema do circuito elétrico de Esquema do circuito elétrico de um sistema de corrosãoum sistema de corrosão

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Tipos de corrosão Tipos de corrosão Pode-se classificar os tipos de corrosão Pode-se classificar os tipos de corrosão inicialmente em dois grupos básicos:inicialmente em dois grupos básicos:

tipos de corrosão onde apenas estão tipos de corrosão onde apenas estão presentes mecanismos eletroquímicospresentes mecanismos eletroquímicos (ou (ou químicos) e que são: corrosão uniforme, químicos) e que são: corrosão uniforme, corrosão galvânica, corrosão por frestas, corrosão galvânica, corrosão por frestas, corrosão localizada, corrosão intergranular, corrosão localizada, corrosão intergranular, corrosão seletiva e corrosão por correntes corrosão seletiva e corrosão por correntes dispersas;dispersas;

tipos de corrosão onde além dos tipos de corrosão onde além dos mecanismos eletroquímicos estão mecanismos eletroquímicos estão presentes ações mecânicaspresentes ações mecânicas: corrosão-: corrosão-erosão , corrosão sob tensão, corrosão por erosão , corrosão sob tensão, corrosão por “fretting” e corrosão-fadiga“fretting” e corrosão-fadiga

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Conceitos de eletroquímicaConceitos de eletroquímica

As equações podem ser descritas de forma As equações podem ser descritas de forma generalizada da seguinte forma:generalizada da seguinte forma:

• • reação anódica: M → Mreação anódica: M → M +n +n + ne + ne• • reação catódica: reação catódica: 2 H2 H + + + 2e→ H + 2e→ H 2 2 (1) (1) OO22 + 4 H + 4 H++ + 4e → 2 H + 4e → 2 H220 (2)0 (2)OO22 + 2 H + 2 H220 + 4e → 4 OH0 + 4e → 4 OH- - (3)(3)MM+3 +3 + e → M+ e → M+2+2 (4) (4)M+ M+ ++ e→ M (5) e→ M (5)

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Corrosão uniformeCorrosão uniforme Apresenta-se na forma de um ataque Apresenta-se na forma de um ataque uniforme sobre toda a superfície de uma uniforme sobre toda a superfície de uma grande região da peça; a peça aos grande região da peça; a peça aos poucos tem a secção transversal corroída poucos tem a secção transversal corroída e reduzida na espessura até a falha e reduzida na espessura até a falha completa de funcionamento. Esse tipo de completa de funcionamento. Esse tipo de corrosão é o mais comum e é o corrosão é o mais comum e é o responsável pela maior perda de material responsável pela maior perda de material metálico por processo corrosivo.metálico por processo corrosivo.

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Célula eletroquímica iniciada em Célula eletroquímica iniciada em sítios anódicos e catódicos de Fe sítios anódicos e catódicos de Fe submetido à corrosãosubmetido à corrosão

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PassividadePassividadeRefere-se à diminuição da Refere-se à diminuição da reatividade química reatividade química experimentada por certos metais e experimentada por certos metais e ligas sob condições particulares ligas sob condições particulares em certos meios. Quando isso em certos meios. Quando isso acontece eles tornam-se inertes e acontece eles tornam-se inertes e agem como se fossem metais agem como se fossem metais nobres como o ouro e a platina.nobres como o ouro e a platina.

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PassividadePassividade

Passividade é simplesmente uma Passividade é simplesmente uma condição existente na superfície do condição existente na superfície do metal por causa da presença de metal por causa da presença de um um filme protetorfilme protetor ( óxido) que ( óxido) que diminui substancialmente a taxa diminui substancialmente a taxa de corrosãode corrosão

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Curva de polarização anódica Curva de polarização anódica para um sistema exibindo para um sistema exibindo

passividadepassividade

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Corrosão galvânicaCorrosão galvânica Ocorre quando dois metais diferentes estão em Ocorre quando dois metais diferentes estão em contato e imersos num meio corrosivo. A contato e imersos num meio corrosivo. A formação de um par galvânico conduz a formação de um par galvânico conduz a corrosão do metal menos nobre na região corrosão do metal menos nobre na região adjacente a junção das duas peças de metais adjacente a junção das duas peças de metais diferentes; então o metal menos nobre tem um diferentes; então o metal menos nobre tem um comportamento anódicocomportamento anódico e a e a intensidade da intensidade da corrosãocorrosão será dependente da diferença de será dependente da diferença de potencial formada na pilha constituída desses potencial formada na pilha constituída desses metais em contato. Essa diferença de potencial metais em contato. Essa diferença de potencial pode ser determinada com auxílio de uma pode ser determinada com auxílio de uma tabela que contém a série eletroquímica dos tabela que contém a série eletroquímica dos metais principais .metais principais .

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Exemplo de corrosão galvânica: Exemplo de corrosão galvânica: cas-ca de Mg foi fundida em cas-ca de Mg foi fundida em volta de açovolta de aço

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Série GalvânicaSérie Galvânica Materiais mais inertes ( catódicos)Materiais mais inertes ( catódicos)PlatinaPlatinaOuroOuroGrafiteGrafiteTitânioTitânioPrataPrataAço inoxidável 316 ( passivo)Aço inoxidável 316 ( passivo)Aço inoxidável 304 ( passivo)Aço inoxidável 304 ( passivo)

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Série Galvânica Série Galvânica ( continuação)( continuação)

Inconel( 80Ni-13Cr-7Fe) ( passivo)Inconel( 80Ni-13Cr-7Fe) ( passivo)Níquel ( passivo)Níquel ( passivo)Monel ( 70Ni-30Cu)Monel ( 70Ni-30Cu)Ligas Cobre-NíquelLigas Cobre-NíquelBronzes ( ligas Cobre- Estanho)Bronzes ( ligas Cobre- Estanho)CobreCobreLatões( Ligas Cobre-Zinco)Latões( Ligas Cobre-Zinco)Inconel ( ativo)Inconel ( ativo)Níquel ( ativo)Níquel ( ativo)

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Série Galvânica Série Galvânica ( continuação)( continuação)

EstanhoEstanhoChumboChumboAço inoxidável 316 ( ativo)Aço inoxidável 316 ( ativo)Aço inoxidável 304 ( ativo)Aço inoxidável 304 ( ativo)Ferro fundidoFerro fundidoFerro e aço ( exceto os mencionados Ferro e aço ( exceto os mencionados antes) antes) Ligas de alumínioLigas de alumínioCádmioCádmio

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Série Galvânica Série Galvânica ( continuação)( continuação)

Alumínio comercialmente puroAlumínio comercialmente puro

ZincoZinco

Magnésio e suas ligasMagnésio e suas ligas

Materiais mais ativos ( anódicos)Materiais mais ativos ( anódicos)

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Corrosão por frestasCorrosão por frestasEstá presente nas regiões das peças onde se Está presente nas regiões das peças onde se forma uma fresta como nas placas sobre-forma uma fresta como nas placas sobre-postas, encostos de arruelas e parafusos, postas, encostos de arruelas e parafusos, encosto de rebites e nos depósitos de encosto de rebites e nos depósitos de substâncias estranhas como areia e produtos substâncias estranhas como areia e produtos de corrosão . As frestas, nesses casos, devem de corrosão . As frestas, nesses casos, devem ser bem grandes para permitir a entrada de ser bem grandes para permitir a entrada de líquidos e,ao mesmo tempo, manter esse líquidos e,ao mesmo tempo, manter esse líquido estagnado; no caso de depósitos ainda líquido estagnado; no caso de depósitos ainda deve-se notar sua porosidade que permite a deve-se notar sua porosidade que permite a penetração e manutenção de líquidos na penetração e manutenção de líquidos na região de contato com o metalregião de contato com o metal

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Locais de formação de frestas : Locais de formação de frestas : a) devido a geometria a) devido a geometria

estrutural, b) devido à depósito estrutural, b) devido à depósito sobre a superfíciesobre a superfície

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Exemplo de corrosão por frestas Exemplo de corrosão por frestas em placas imersas em água do em placas imersas em água do mar- a corrosão ocorreu nas mar- a corrosão ocorreu nas regiões onde estavam arruelasregiões onde estavam arruelas

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Corrosão localizadaCorrosão localizada ou ou por “pites”por “pites”

Apresenta furos na superfície metálica Apresenta furos na superfície metálica decorrentes da ação corrosiva concentrada decorrentes da ação corrosiva concentrada em alguns pontos; os diâmetros dos furos em alguns pontos; os diâmetros dos furos variam , em geral são pequenos. A corrosão variam , em geral são pequenos. A corrosão localizada é um dos tipos mais destrutivos, localizada é um dos tipos mais destrutivos, pois conduz a perfuração da parede da peça pois conduz a perfuração da parede da peça e nem sempre é de fácil detecção pois os e nem sempre é de fácil detecção pois os furos podem ser pequenos e estar cobertos furos podem ser pequenos e estar cobertos com os produtos da corrosão; além disso, é com os produtos da corrosão; além disso, é um processo corrosivo difícil de ser avaliado um processo corrosivo difícil de ser avaliado e reproduzido em condições de laboratório.e reproduzido em condições de laboratório.

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Corrosão por “pite”-Corrosão por “pite”-EsquemaEsquema

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““Pites” de aço inox 304 Pites” de aço inox 304 colocado numa solução de colocado numa solução de

HClHCl

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Esquema de possíveis locais Esquema de possíveis locais onde a corrosão por pite e por onde a corrosão por pite e por

fresta podem atuar ( num fresta podem atuar ( num sistema placa-parafuso)sistema placa-parafuso)

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Corrosão por correntes Corrosão por correntes dispersas ou por correntes dispersas ou por correntes de fuga de fuga

Decorre da passagem de uma corrente elétrica Decorre da passagem de uma corrente elétrica desviada de seu percurso normal para a peça desviada de seu percurso normal para a peça metálica; exemplo típico ocorre nas tubulações metálica; exemplo típico ocorre nas tubulações enterradas que correm paralelamente a uma enterradas que correm paralelamente a uma estrada de ferro eletrificada; parte da corrente estrada de ferro eletrificada; parte da corrente sai dos trilhos, atravessa o solo de relativa sai dos trilhos, atravessa o solo de relativa pequena resistividade, penetra no tubo pequena resistividade, penetra no tubo metálico, percorre uma certa distância nesse metálico, percorre uma certa distância nesse tubo e sai novamente em direção ao trilho. Na tubo e sai novamente em direção ao trilho. Na saída da corrente surge um processo corrosivo saída da corrente surge um processo corrosivo que depende da intensidade da corrente.que depende da intensidade da corrente.

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Corrosão IntergranularCorrosão IntergranularA maioria dos metais comerciais são A maioria dos metais comerciais são policristalinos, ou seja formados por policristalinos, ou seja formados por pequenos cristais que são unidos pelas pequenos cristais que são unidos pelas suas superfícies uns aos outros. Essa suas superfícies uns aos outros. Essa junção é chamada contorno de grão. junção é chamada contorno de grão. Pequenas regiões adjacentes aos Pequenas regiões adjacentes aos contornos de grãos, sob certas condições contornos de grãos, sob certas condições , são consideradas mais reativas ( mais , são consideradas mais reativas ( mais anódicas ) que o interior do grão.anódicas ) que o interior do grão.

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Esquema indicando precipitados Esquema indicando precipitados no contorno de grão e zona no contorno de grão e zona

empobrecida do elemento de empobrecida do elemento de ligaliga

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Micrografia de latão Micrografia de latão mostrando corrosão mostrando corrosão

intergranularintergranular

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Corrosão-erosãoCorrosão-erosão

Processo corrosivo associado a ação erosiva de Processo corrosivo associado a ação erosiva de um fluido em movimento numa superfície um fluido em movimento numa superfície metálica ; em geral o movimento é rápido e os metálica ; em geral o movimento é rápido e os produtos da corrosão são retirados da região produtos da corrosão são retirados da região atacada. A aparência da superfície atacada é atacada. A aparência da superfície atacada é caracterizada pela presença de riscos, furos caracterizada pela presença de riscos, furos arredondados, ondulações e outras marcas que arredondados, ondulações e outras marcas que normalmente se orientam na direção do normalmente se orientam na direção do escoamento do fluido. Nesse tipo de corrosão, a escoamento do fluido. Nesse tipo de corrosão, a velocidade do fluido tem uma importância velocidade do fluido tem uma importância notável e o efeito de desgaste se acentua com a notável e o efeito de desgaste se acentua com a velocidade.velocidade.

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Esquema: corrosão-erosãoEsquema: corrosão-erosão

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Exemplo de erosão-corrosão num Exemplo de erosão-corrosão num coto-velo de aço numa linha de coto-velo de aço numa linha de vapor de águavapor de água

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Corrosão sob tensãoCorrosão sob tensão Surge através da presença de uma fissura Surge através da presença de uma fissura causada pela ação simultânea de um meio causada pela ação simultânea de um meio corrosivo e uma tensão de tração; em geral corrosivo e uma tensão de tração; em geral somente a fissura está presente , isto é, não somente a fissura está presente , isto é, não aparece sinais de outros tipos de corrosão. aparece sinais de outros tipos de corrosão. Diversas variáveis afetam o fenômeno como a Diversas variáveis afetam o fenômeno como a temperatura, a natureza do metal (comp. e temperatura, a natureza do metal (comp. e microestrutura), a composição do meio líquido microestrutura), a composição do meio líquido corrosivo e o nível da tensão. A fissura corrosivo e o nível da tensão. A fissura apresenta características que conduzem à apresenta características que conduzem à fratura frágil da peça, e pode ser tanto inter fratura frágil da peça, e pode ser tanto inter como transcristalina.como transcristalina.

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Corrosão sob tensão- Corrosão sob tensão- EsquemaEsquema

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Corrosão por “fretting”Corrosão por “fretting”Nesse processo a corrosão ocorre devido à Nesse processo a corrosão ocorre devido à ruptura do filme de proteçãoruptura do filme de proteção, devido à , devido à abrasão que ocorre pelo movimento de abrasão que ocorre pelo movimento de fricção de dois ou mais componentes fricção de dois ou mais componentes metálicos, em um meio corrosivo. Cada metálicos, em um meio corrosivo. Cada vez que uma superfície é friccionada sobre vez que uma superfície é friccionada sobre outra, seus filmes são removidos, podendo outra, seus filmes são removidos, podendo ser substituídos. A velocidade de formação ser substituídos. A velocidade de formação de novo filme varia de um metal para de novo filme varia de um metal para outro.outro.

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Corrosão-FadigaCorrosão-FadigaCorrosão-fadiga é a redução da Corrosão-fadiga é a redução da resistência à fadiga de um metal resistência à fadiga de um metal pela pela ação do meio ambiente corrosivoação do meio ambiente corrosivo..Na corrosão-fadiga ocorre um falha Na corrosão-fadiga ocorre um falha pela propagação de uma trinca pela propagação de uma trinca transgranular, que pode ocorrer em transgranular, que pode ocorrer em quase todos os materiais submetidos a quase todos os materiais submetidos a tensões cíclicas em ambiente corrosivo.tensões cíclicas em ambiente corrosivo.

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Métodos de prevenção da corrosãoMétodos de prevenção da corrosão

1.1. Seleção do metal, ou liga metálica mais Seleção do metal, ou liga metálica mais adequados a um determinado meio adequados a um determinado meio ambiente.ambiente.

2.2. Alteração do meio ambiente (diminuição de Alteração do meio ambiente (diminuição de temperatura e velocidade de fluxo do fluido, temperatura e velocidade de fluxo do fluido, remoção de oxigênio e oxidantes, alteração remoção de oxigênio e oxidantes, alteração de concentração, adoção de inibidores).de concentração, adoção de inibidores).

3.3. Alteração do projeto do sistema mecânico Alteração do projeto do sistema mecânico 4.4. Aplicação de proteção catódica e anódica.Aplicação de proteção catódica e anódica.5.5. Utilização de revestimentos metálicosUtilização de revestimentos metálicos6.6. Utilização de revestimentos orgânicosUtilização de revestimentos orgânicos

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PROCESSOS 

ALGUNS METAIS DE REVESTIMENTO

EletrodeposiçãoCu, Ni, Cr, Zn, Cd, Sn, Au,

Ag, Pt

Deposição por imersão Al, Zn, Pb, Sn

Deposição por aspersão Zn, Sn, Pb, Al

Deposição por plaqueamento Al, Ni

Deposição por difusão Zn, Cr, AI

Conversão químicaCompostos metálicos (óxidos,

cromatos, fos fatos) 

Quadro 1- Processos de aplicação de revestimentos metálicos.