tratamento de superficie

tratamento de superficie

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Curso: Processos Industriais Módulo: I Carga Horária: Docente: Turno: Turma: Discente:

Material Instrucional especialmente elaborado pela Prof.ª Joana D’Arc para uso exclusivo do CETEB-CA.

1. Introdução ao Estudo da Eletroquímica5
2. Definições de Corrosão6
3. Formas de Corrosão6
4. Meios Corrosivos8
5. Tipos de Corrosão8
5.1 Corrosão Uniforme8
5.2 Corrosão por Pites9
5.3 Corrosão por Concentração Diferencial9
5.3.1 Corrosão por Concentração Iônica Diferencial9
5.3.2 Corrosão por Aeração Diferencial9
5.3.3 Corrosão por Frestas10
5.3.4 Corrosão Filiforme10
5.4 Corrosão Galvânica10
5.5 Corrosão Seletiva10
5.5.1 Corrosão Grafítica10
5.5.2 Corrosão por Dezincificação1
5.6 Corrosão Associada ao Escoamento de Fluidos1
5.6.1 Corrosão – Erosão1
5.6.2 Corrosão com Cavitação1
5.6.3 Corrosão por Turbulência12
5.7 Corrosão Intergranular12
5.7.1 Corrosão Intergranular nos Aços Inoxidáveis12
5.7.2 Corrosão Intergranular de Ligas de Alumínio13
5.8 Fissuração por Corrosão13
5.8.1 Corrosão sob Tensão14
5.8.2 Fissuração Induzida pela Pressão de Hidrogênio14
5.8.3 Fragilização por Metal Líquido14
5.8.4 Corrosão – Fadiga15
6. Taxas de Corrosão15
7. Corrosão em Armazenamento16
8. Métodos de Combate a Corrosão16
9. Polarização e Passivação17
9.1 Polarização17
9.2 Passivação19
10. Corrosão Associada e Solicitações Mecânicas20
10.1 Corrosão sob Fadiga20
10.2 Corrosão com Erosão20
10.3 Cavitação21
10.4 Ataque por Impingimento21
10.5 Fragilização por Metal Líquido21
10.6 Fragilização por Hidrogênio21
10.7 Corrosão sob Atrito21
10.8 Fendimento por Álcali2
10.9 Corrosão sob Tensão2
1.1 Corrosão em Sistemas de Geração de Vapor23
1.2 Sistemas de Refrigeração23

SUMÁRIO 10.10 Métodos de Ensaio para Determinação da Influencia de Fatores Mecânicos na Corrosão 2 1. Corrosão em Sistemas de Geração de Vapor e Sistemas de Refrigeração 23 Bibliografia 25

1. Introdução ao Estudo da Eletroquímica

A eletroquímica é o ramo da química relativa ao estudo dos aspectos eletrônicos e elétricos das reações químicas. Os elementos envolvidos em uma reação eletroquímica são caracterizados pelo número de elétrons que têm. A eletroquímica abrange todos os processos químicos que envolvem transferência de elétrons. Quando um processo químico ocorre, produzindo transferência de elétrons, é chamado de pilha ou bateria, mas quando o processo químico é provocado por uma corrente elétrica (variação da quantidade de elétrons no temo), este processo é denominado de eletrólise. (Resumindo: pilha e bateria são processos químicos que ocorrem espontaneamente e gera corrente elétrica, já eletrólise é um processo químico (reação química) que ocorre de forma não espontânea, ou seja, ocorre na presença de uma corrente elétrica). Em 1836, John Frederick Daniell construiu uma pilha com eletrodos de cobre e zinco, mas cada eletrodo ficava em uma cela individual, o que aumentava a eficiência da pilha, pois ela possuía um tubo que ligava as duas cubas, este tubo foi chamado de ponte salina. Esta pilha ficou conhecida como pilha de Daniell.

Figura 01: Pilha de Daniell

Cu2+ + 2e- → Cu(s)o íon cobre (Cu2+) da solução é reduzido por 2e- que vem da corrente elétrica.
Zn(s) → Zn2+ + 2e-o zinco é oxidado, formando íon zinco (Zn2+) e 2e-
Cu2+ + 2e- → Cu0Anodo (oxidação – agente redutor)
Zn0 → Zn2+ + 2e-Catodo (redução – agente oxidante)
Zn0 + Cu2+ → Zn2+ + Cu0Reação Global

Ponte Salina - Ela tem a finalidade de evitar que as soluções das duas cubas se misturem, sendo também a sua função e talvez a principal, a de evitar que exista um excesso de cargas nas cubas. No caso da pilha de Daniell, a cuba eletroquímica que continha o eletrodo de zinco e a solução de sulfato de zinco ficou com um excesso de carga positiva, sendo então, ativado a ponte salina, para diminuir esta concentração, fazendo com que a pilha não pare de funcionar. O mesmo ocorre na cuba que continha o eletrodo de cobre, mas com cargas opostas. Nesta pilha é possível verificar as semi-equações da reação: Estes elétrons serão os responsáveis pela geração da corrente elétrica do sistema (pilha). _

Com o desenvolvimento da reação, ocorrerá formação de cobre metálico, que se depositará na superfície do eletrodo de cobre, já o eletrodo de cobre será corroído, pois o zinco está se transformando em íons que irão para a solução de sulfato de zinco. A pilha de Daniell pode ser escrita por: Zn0 + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu0 ou Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu onde, || representa a ponte salina.

Toda pilha possui um potencial, ou seja, produz uma voltagem, sendo este potencial medido na pilha. (No caso das pilhas comerciais, que se usam em rádios, controles remotos e brinquedos, a voltagem, geralmente é de 1,5V, só variando o tamanho de reserva das pilhas. Tamanhos: A, A, D, etc.) O potencial da pilha pode ser dado, de uma maneira simplificada por: E = Emaior - Emenor, sendo Emaior e Emenor, os potenciais padrões de redução de cada semi-equação. Potencial padrão é medido em relação ao hidrogênio, que teve por convenção, a denominação de potencial padrão de Hidrogênio, que vale 0V. É a partir do potencial de uma pilha, que se sabe se a reação ocorre ou não. Quando a variação de potencial da pilha, E, é maior que zero a reação é espontânea. Quando o potencial é negativo, a reação não ocorre espontaneamente e quanto maior for o potencial, positivo, maior será a eficiência da pilha.

2. Definições de Corrosão

Existem várias maneiras de definir a corrosão, a mais genérica seria: “a deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos”. Ao se considerar o emprego de materiais na construção de equipamentos ou instalações é necessário que estes resistam à ação do meio corrosivo, além de apresentar propriedades mecânicas suficientes e características de fabricação adequadas. A corrosão pode incidir sobre diversos tipos de materiais, sejam metálicos como os aços ou as ligas de cobre, por exemplo, ou não metálicos, como plásticos, cerâmicas ou concreto. A formação de ferrugem sobre a superfície do aço, por exemplo, é espontânea, a menos que se proteja adequadamente essa superfície, de modo a não permitir que o meio, no qual o material está envolvido, atue sobre ela. Os efeitos nocivos da corrosão podem ser observados através de vários aspectos, os mais comuns são:

• Efeitos estéticos: Resultando numa má aparência das estruturas metálicas;

• Nas paradas de produção: Devido a substituição ou reparo de componentes danificados pela corrosão;

• Na contaminação: Ocasionada em produtos, pelo produto de corrosão ou por vazamento ocasionados pela corrosão;

• Na segurança industrial: quando é necessário projetos que levem em consideração que a corrosão pode causar acidentes que põem em risco a vida humana. Devido a todos esses efeitos, e muitos outros, que levam em consideração fatores técnicos, econômicos e de segurança, é muito importante conhecer os fundamentos da corrosão e da proteção contra ela.

3. Formas de Corrosão

As formas segundo as quais a corrosão pode manifestar-se são definidas principalmente pela aparência da superfície corroída, sendo as principais:

• Corrosão uniforme: quando a corrosão se processa de modo aproximadamente uniforme em toda a superfície atacada. Esta forma é comum em metais que não formam películas protetoras, como resultado do ataque;

• Corrosão por placas: quando os produtos de corrosão formam-se em placas que se desprendem progressivamente. É comum em metais que formam película inicialmente protetora, mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perdem aderência, expondo o metal a novo ataque;

• Corrosão alveolar: quando o desgaste provocado pela corrosão se dá sob forma localizada, com o aspecto de crateras. É freqüente em metais formadores de películas semi – protetoras ou quando se tem corrosão sob depósito, como no caso da corrosão por aeração diferencial;

• Corrosão por pite ou puntiforme: quando o desgaste se dá de forma muito localizada e de alta intensidade, geralmente com profundidade maior que o diâmetro e bordos angulosos.

• A corrosão por pite é freqüente em metais formadores de películas protetoras, que, sob a ação de certos agentes agressivos, são destruídas em pontos localizados, os quais se tornam ativos, possibilitando corrosão muito intensa;

• Corrosão intergranular ou intercristalina: quando o ataque se manifesta no contorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austeníticos sensitizados, expostos aos meios corrosivos;

• Corrosão transgranular ou transcristalina: quando o fenômeno se manifesta sob a forma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos do material, como no caso da corrosão sob tensão de aços inoxidáveis austeníticos;

• Corrosão filiforme: quando a corrosão se processa sob a forma de finos filamentos, que se propagam em diferentes direções e que não se cruzam. Ocorre geralmente em superfícies metálicas revestidas com tintas ou com metais, ocasionando o deslocamento do revestimento;

• Corrosão por esfoliação: quando a corrosão se processa em diferentes camadas e o produto de corrosão, formado entre a estrutura de grãos alongados, separa as camadas ocasionando o inchamento do material metálico. A figura 02 apresenta, de maneira esquemática, essas diferentes formas de corrosão.

Figura 02: Diferentes formas de corrosão

4. Meios Corrosivos

Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. Os principais meios corrosivos e seus respectivos eletrólitos estão descritos a seguir:

• atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constituise da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo;

• solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos;

• águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos. Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo;

• água do mar: estas águas contêm uma quantidade apreciável de sais. Uma análise da água do mar apresenta em média os seguintes constituintes em gramas por litro de água:

A água do mar em virtude da presença acentuada de sais é um eletrólito por excelência. Outros constituintes como gases dissolvidos, podem acelerar os processos corrosivos;

• produtos químicos: os produtos químicos, desde que em contato com água ou com umidade e formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica.

5. Tipos de Corrosão

Os processos corrosivos de natureza eletroquímica apresentam mecanismos idênticos porque sempre serão constituídos por áreas anódicas e catódicas, entre as quais circula uma corrente de elétron e uma corrente de íons. Entretanto a perda de massa e modo de ataque sobre o material dá-se de formas diferentes. Serão abordados neste capítulo alguns tipos de corrosão, e os seus mecanismos específicos, dentro desta abordagem das características do ataque corrosivo e das formas de desgaste.

5.1 Corrosão Uniforme

A corrosão uniforme consiste no ataque de toda a superfície metálica em contato com o meio corrosivo com a conseqüente diminuição da espessura. Este tipo de corrosão ocorre em geral devido a micropilhas de ação local e é, provavelmente, o mais comum dos tipos de corrosão principalmente nos processos corrosivos de estruturas expostas à atmosfera e outros meios que ensejam uma ação uniforme sobre a superfície metálica.

A corrosão uniforme é uma forma de desgaste de mais fácil acompanhamento, em especial quando se trata de corrosão interna em equipamentos ou instalações, tendo em vista que a perda de espessura é aproximadamente a mesma em toda a superfície metálica. É, entretanto um tipo de corrosão importante do ponto de vista de desgaste, podendo levar o equipamento ou instalação a falhas significativas, limitando a sua vida útil. Os outros tipos de ataque corrosivo onde há um local preferencial para a ocorrência da corrosão, resultando numa perda localizada de espessura são denominadas corrosão localizada.

5.2 Corrosão por Pites

A corrosão por pites é uma forma de corrosão localizada que consiste na formação de cavidades de pequena extensão e razoável profundidade. Ocorre em determinados pontos da superfície enquanto que o restante pode permanecer praticamente sem ataque. É um tipo de corrosão muito característica dos materiais metálicos formadores de películas protetoras (passiváveis). Nos materiais passiváveis a quebra da passividade ocorre em geral pela ação dos chamados íons halogenetos (Cl-, Br-, I-, F-) e esta dissolução localizada da película gera um área ativa que diante do restante passivado provoca uma corrosão muito intensa e localizada. Uma grandeza importante neste caso é o potencial em que haja a quebra de passividade. Na verdade o que ocorre é a alteração na curva de polarização anódica. A presença dos íons halogenetos provoca alteração nas curvas de polarização anódica, tornando a quebra da passividade mais provável. Outro aspecto importante é o mecanismo de formação dos pites já que a falha se inicia em pontos de fragilidade da película passivante (defeitos de formação) e o pH no interior do pite se altera substancialmente no sentido ácido o que dificulta a restituição da passivação inicial. Resulta daí que a pequena área ativa formada diante de uma grande área catódica provoca a corrosão intensa e localizada.

5.3 Corrosão por Concentração Diferencial

Os processos corrosivos ocasionados por variação na concentração de determinados agentes no meio provocam também, de um modo geral corrosão localizada. São resultantes da ação de pilhas de concentração iônica diferencial e pilhas de aeração diferencial. Os principais processos corrosivos por concentração diferencial são: a corrosão por concentração iônica diferencial, a corrosão por aeração diferencial, a corrosão em frestas e a corrosão filiforme.

5.3.1 Corrosão por Concentração Iônica Diferencial

Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se têm variações na concentração de íons do metal no eletrólito. Como resultado ter-se-á potenciais eletroquímicos diferentes e consequentemente uma pilha onde a área em contato com menor concentração funcionará como anodo e a área em contato com maior concentração como catodo.

5.3.2 Corrosão por Aeração Diferencial

Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se têm variações na concentração de oxigênio no eletrólito. Como o potencial eletroquímico de um material metálico torna-se cada vez mais catódico quanto maior a concentração de oxigênio no meio ao seu redor, as áreas com contato com maior concentração de oxigênio serão catódicas, enquanto que aquelas com contato com menor concentração serão anódicas. A corrosão por aeração diferencial ocorre com muita freqüência na interface de saída de uma estrutura do solo ou da água para a atmosfera.

5.3.3 Corrosão em Frestas

As frestas estão sujeitas a formação de pilhas de aeração diferencial e de concentração iônica diferencial.. Quando o meio é líquido ocorre preferencialmente as pilhas de concentração iônica diferencial e quando o meio é gasoso tende a ocorrer as pilhas de aeração diferencial. Frestas ocorrem normalmente em juntas soldadas com chapas sobrepostas, em juntas rebitadas, em ligações flangeadas, em ligações roscadas, em revestimentos com chapas aparafusadas, dentre outras. De qualquer forma as frestas deverão ser evitadas ou eliminadas por serem regiões preferenciais de corrosão.

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