Seleção de Materiais Segundo a Resistência à Corrosão

Apresentação em tema: "Seleção de Materiais Segundo a Resistência à Corrosão"— Transcrição da apresentação:

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

2 Definições básicas A corrosão pode ser definida como um processo de destruição do material pela ação do meio-ambiente.

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

4 Definições básicas Os materiais orgânicos são menos corrosivos do que os inorgânicos quando em contato com os materiais metálicos. Condições de temperatura e pressão mais elevadas aceleram comumente o processo corrosivo.

5 Modos como se manifestam os efeitos danosos da corrosão
perda de qualidade na aparência elevação do custo de manutenção interrupção do funcionamento contaminação de produtos perda de produtos em processamento ou processados redução da segurança

6 Critério de resistência à corrosão
Deve ser estabelecido quantitativamente em termos de velocidade de ataque corrosivo na forma de perda de material por unidade de área para um determinado tempo (por exemplo, nas unidades miligramas por decímetro quadrado e por dia, mdd) ou de profundidade de penetração ( por exemplo, nas unidades de milímetros por ano, mpa)

7 Conceitos de eletroquímica
Existem três formas de classificar os processos de corrosão: Através dos mecanismos físico‑químicos fundamentais Corrosão química ou de combinação direta, ou ainda, de oxidação Corrosão eletroquímica

8 Conceitos de eletroquímica
A primeira se dá nos casos particulares de trabalho em altas temperaturas em meios-ambientes secos; A segunda ocorre nos casos de meios ambientes onde estão presentes soluções aquosas, atmosferas úmidas e líquidas que atuam como eletrólitos Pode-se definir a corrosão eletroquímica como constituída de dois processos parciais de reações de oxidação e de redução do metal

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

10 Para uma corrente escoar é preciso um circuito elétrico completo:
Anodo – eletrodo onde ocorre a oxidação ( corrosão), onde a corrente na forma de íons metálicos , entra no eletrólito Eletrólito – é o meio condutor ( líquido) que contém íons que transportam a corrente até o catodo Catodo – é o eletrodo onde ocorre a redução e o local onde a corrente sai do eletrólito Circuito metálico – é a ligação entre o anodo e o catodo, por onde escoam os elétrons, no sentido anodo-catodo

11 Esquema do circuito elétrico de um sistema de corrosão

12 Tipos de corrosão Pode-se classificar os tipos de corrosão inicialmente em dois grupos básicos: tipos de corrosão onde apenas estão presentes mecanismos eletroquímicos (ou químicos) e que são: corrosão uniforme, corrosão galvânica, corrosão por frestas, corrosão localizada, corrosão intergranular, corrosão seletiva e corrosão por correntes dispersas; tipos de corrosão onde além dos mecanismos eletroquímicos estão presentes ações mecânicas: corrosão-erosão , corrosão sob tensão, corrosão por “fretting” e corrosão-fadiga

13 Conceitos de eletroquímica
As equações podem ser descritas de forma generalizada da seguinte forma: • reação anódica: M → M +n + ne • reação catódica: 2 H + + 2e→ H 2 (1) O2 + 4 H+ + 4e → 2 H20 (2) O H20 + 4e → 4 OH- (3) M+3 + e → M+2 (4) M+ + e→ M (5)

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

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

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

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

18 Curva de polarização anódica para um sistema exibindo passividade

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

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

21 Série Galvânica  Materiais mais inertes ( catódicos) Platina Ouro
Grafite Titânio Prata Aço inoxidável 316 ( passivo) Aço inoxidável 304 ( passivo)

22 Série Galvânica ( continuação)
Inconel( 80Ni-13Cr-7Fe) ( passivo) Níquel ( passivo) Monel ( 70Ni-30Cu) Ligas Cobre-Níquel Bronzes ( ligas Cobre- Estanho) Cobre Latões( Ligas Cobre-Zinco) Inconel ( ativo) Níquel ( ativo)

23 Série Galvânica ( continuação)
Estanho Chumbo Aço inoxidável 316 ( ativo) Aço inoxidável 304 ( ativo) Ferro fundido Ferro e aço ( exceto os mencionados antes) Ligas de alumínio Cádmio

24 Série Galvânica ( continuação)
Alumínio comercialmente puro Zinco Magnésio e suas ligas Materiais mais ativos ( anódicos)

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

26 Locais de formação de frestas : a) devido a geometria estrutural, b) devido à depósito sobre a superfície

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

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

29 Corrosão por “pite”-Esquema

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

31 Esquema de possíveis locais onde a corrosão por pite e por fresta podem atuar ( num sistema placa-parafuso)

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

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

34 Esquema indicando precipitados no contorno de grão e zona empobrecida do elemento de liga

35 Micrografia de latão mostrando corrosão intergranular

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

37 Esquema: corrosão-erosão

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

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

40 Corrosão sob tensão- Esquema

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

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

43 Métodos de prevenção da corrosão
Seleção do metal, ou liga metálica mais adequados a um determinado meio ambiente. Alteração do meio ambiente (diminuição de temperatura e velocidade de fluxo do fluido, remoção de oxigênio e oxidantes, alteração de concentração, adoção de inibidores). Alteração do projeto do sistema mecânico Aplicação de proteção catódica e anódica. Utilização de revestimentos metálicos Utilização de revestimentos orgânicos

44 PROCESSOS ALGUNS METAIS DE REVESTIMENTO Quadro 1-
ALGUNS METAIS DE REVESTIMENTO Eletrodeposição Cu, 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 química Compostos metálicos (óxidos, cromatos, fos­fatos) Quadro 1- Processos de aplicação de revestimentos metálicos.