UNIFACS Materiais Metálicos

Apresentação em tema: "UNIFACS Materiais Metálicos"— Transcrição da apresentação:

1 UNIFACS Materiais Metálicos
AULA 8 Corrosão Lucas Nao Horiuchi 28/Mai/10

2 Avaliações Tipo 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

3 CORROSÃO E DEGRADAÇÃO CORROSÃO  METAIS e CERÂMICAS DEGRADAÇÃO  POLÍMEROS

4 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.

5 CORROSÃO METÁLICA 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.

6 CORROSÃO METÁLICA 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 Energia Via calor Requer energia Libera energia

7 CORROSÃO METÁLICA 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).

8 CORROSÃO METÁLICA Uso benéfico da corrosão:
Baterias de pilhas secas: geração de energia elétrica pela ação do processo de corrosão; Eletro-polimento

9 CORROSÃO METÁLICA Eletro-polimento: para obtenção de superfícies lisas e polidas. E no processo de preparação de amostras para a microscopia eletrônica de transmissão. Antes Depois

10 CORROSÃO METÁLICA

11 FORMAS DE CORROSÃO 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.

12 (podem ser meios ácidos, básicos ou neutro e/ou aerados)
MEIOS CORROSIVOS (podem ser meios ácidos, básicos ou neutro e/ou aerados) 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.  Um determinado meio pode ser extremamente agressivo, sob o ponto de vista da corrosão, para um determinado material e inofensivo para outro

13 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.

14 MECANISMOS DA CORROSÃO
Mecanismo Químico (AÇÃO QUÍMICA) Mecanismo Eletroquímico

15 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.

16 CONSIDERAÇÕES SOBRE DISSOLUÇÃO
A 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.

17 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.

18 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

19 METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE ÓXIDO COM PROTEÇÃO INEFICIENTE
Mg Fe

20 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

21 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.

22 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.

23 EXEMPLO DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA
REDUÇÃO OXIDAÇÃO

24 POTÊNCIAL PADRÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO AO PADRÃO DE HIDROGÊNIO
f.e.m: força eletro-motriz ou série de potenciais de eletrodo padrão

25 SÉRIE GALVÂNICA

26 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 .

27 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.

28 a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química 
PARES GALVÂNICOS Fe Cu Cu Fe Quanto mais separados na série galvânica, maior a ação eletroquímica quando estiverem juntos.

29 Meios de prevenção contra corrosão galvânica:
a) Pilha de corrosão: materiais de natureza química  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.

30 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.

31 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.

32 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.

33 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.

34 2 Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O  2 Fe(OH-)3 ou Fe2O3.H2O
EXEMPLO: CORROSÃO DO FERRO POR AERAÇÃO DIFERENCIADA. Fe + Ar úmido (oxigênio mais água) No ânodo: REGIÃO MENOS AERADA Fe (s)  Fe elétrons E= + 0,440 Volts No cátodo: REGIÃO MAIS AERADA H2O + ½ O2 + 2 elétrons  2 (OH-) E= + 0,401 Volts Logo: Fe (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

35 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.

36 EFEITOS DA MICROESTRUTURA CORROSÃO INTERGRANULAR
O contorno de grão funciona como região anódica, devido ao grande número de discordâncias presentes nessa região.

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

38 EFEITOS DA MICROESTRUTURA
Exemplo: Corrosão intergranular no Aço inox Diferenças composicionais 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”)

39 EFEITO DE FORÇAS MECÂNICAS
A 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.

40 EXEMPLOS DE CORROSÃO SOB TENSÃO

41 EFEITOS DA MICROESTRUTURA
Trincas, 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.

42 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.

43 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.

44 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.

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

46 PROTEÇÃO GALVÂNICA Recobrimento 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.

47 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.

48 FORMAÇÃO DE PARES METÁLICOS
É muito comum usar ânodos de sacrifícios em tubulações de ferro ou aço em subsolo e em navios e tanques.

49 ÂNODOS DE SACRIFÍCIO MAIS COMUNS PARA FERRO E AÇO
Zn Al Mg

50 Obrigado pela atenção!! Dúvidas?