Corrosão e degradação

Corrosão e degradação

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3‐CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS http ://br .olhar es.com/cor rosao_foto1 520 830 .html

SMM0194 –Ciência e Engenharia de Materiais II

Prof. Eduardo Bellini Ferreira 1

DegradaçãodosmateriaisDegradação dos materiais

•Resultado da interação dos materiais com o ambiente

•A interação sempre deteriora, em maior ou menor grau, a utilidade do material:

•propriedades mecânicas tidd•outras propriedades (por exemplo, isolação ou condutividade elé trica)

• apar ência podem ter características ácidas, básicas ou neutras e podem ser aerados

•Atmosfera (poeira, poluição, umidade, gases: podem ser aerados p pç g

•Água(bactériasdispersas:corrosão•Água (bactérias dispersas: corrosão microbiológica; chuva ácida, etc.)

•Solo (acidez, porosidade)

•Pr odut os químic os•Pr odut os químic os

ÖÖUm determinado meio pode ser extremamente agressivo, sob o ponto de Um determinado meio pode ser extremamente agressivo, sob o ponto de vista da corrosão, para um determinado material e inofensivo para outro.vista da corrosão, para um determinado material e inofensivo para outro.

os produtos da corrosão são requisitos importantes na escolha dos material para determinada aplicação

••Alguns Alguns exemplos onde os produtos da corrosão exemplos onde os produtos da corrosão são import an tes:são import an tes:

p ç são importantes:são importantes:

♣Produtos de corrosão de materiais usados para embalagens na indústria alimentícia não devem ebaagesadústaaetcaãodee ser tóxicos e não podem alterar o sabor dos alimen tos.

♣Quando pode ocorrer, devido a corrosão, a liberação de gases tóxicos e inflamáveis (riscos dlã)de explosão)

♣Materiais para implantes humanos, como na restauraçãodeossosdentesmarcapassosetcrestauração de ossos, dentes, marcapassos, etc.

♦Mecanismo Químico (AÇÃO QUÍMICA) ♦Mec anismo Ele troquímic o

•Nestecasoháreaçãodiretacomomeiocorrosivo•Neste caso há reação direta com o meio corrosivo, sendo os casos mais comuns a reação com o oxigênio(OXIDAÇÃOSECA)adissoluçãoeaoxigênio (OXIDAÇÃO SECA), a dissolução e a formação de compostos.

A corrosão química pode ser por:

♦Dissolução simplesEx.: dissolução de Cu em HNO3 ♦ sso uç ão sp es dsso uç ão de Cu e O

♦Dissolução preferencialEx.: dissolução preferencialdefasesouplanosatômicospreferencial de fases ou planos atômicos

♦Formação de ligas e compostos(óxidos, íons, etc.), geralmente dependente de difusão atômica 6 a) A dissolu ção ger almen te envolv esolv en tes.) ç g – Ex emplo: a gasolina dissolv e mangueir a de borr acha b) Moléculas e íons pequenos se dissolvem mais facilmente. –Exemplo: sais são bastante solúveis c) A solubilidade ocorre mais facilmente quando o soluto e o solvente tem estruturas semelhantes.

–Exemplo: Materiais orgânicos e solventes orgânicos (plástico + acetona) d)Addiltddiilbiliddd) A presença de dois solutos pode produzir maior solubilidade que um só.

– Ex emplo: CaC O éinsolúv el em água mas ésolúv el em água mais COEx emplo: CaC O3 é insolúvel em água, mas é solúvel em água mais CO formando ácido carbônico e) A velocidade de dissolução aumenta com a temperatura.

•A oxidação ao ar seconão se constitui corrosão eletroquímica porque não há eletrólito (solução aquosa para permitir o movimento dos íons).

–Reação genérica da oxidação seca:çgç

Emalgunscasosoóxidodometalformauma–Em alguns casos, o óxido do metal forma uma camada passivadora que constitui uma barreira contranovaoxidação(barreiraàentradadeO)contra nova oxidação (barreira à entrada de O2 ).

–Essa camada passivadoraé fina e aderente.

•A oxidação só se processa por difusão do oxigênio 8

• Al

•Fe a altas temp.

Pb• Pb • Cr

•Aço inox

• Ti

• Mg• Mg

Aiidtiãttd•A maioria dos metais não se encontra no estado mais estável –na natureza, em geral, são óxidos!

•Corrosãoéumataquequímicodeummetal•Corrosão é um ataque químico de um metal

•Processo químicoou eletroquímico

Oidfíi(l)•Ocorre a partir da superfície (em geral) •Com ou sem esforços mecânicos envolvidos

•Economia:estima‐se que aproximadamente 5% das receitas de uma nação industrializada são gastosemprevençãomanutençãoougastos em prevenção, manutenção ou substituição de peças devido a corrosão!

A deterioração causa: •Desgaste (perda de material)

•variações químicas na composição

• modific ações es trutur ais

Modificam as propriedades dos materiais modific ações es trutur ais dos materiais

OEngenheirodeve:O Engenheiro deve: •Saber como evitar condições de corrosão severa iiã•Proteger os materiais contra a corrosão 13

–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 dos íons.

Corr osão eletr oquímic a em me taisCorr osão eletr oquímic a em me tais

•Emgeralocorreapartirdereações•Em geral ocorre a partir de reações eletroquímicas, ou seja, que envolvem a fêidlétransferência de elétrons

• Re a ções de óxido‐reduçãoçç

•Oxidação (perda de elétrons): +n

• Reduç ão (g anho de elé trons):

Redução (ganho de elétrons):

ReaçõesdeoxidaçãoReações de oxidação

O“d”iti•Ocorrem no “anodo”, pois atraem para si os ânions (íons carregados negativamente)

•“Reação anódica”

•Umaespécieperdeelétrons(exemplos):•Uma espécie perde elétrons (exemplos):

e2FeFe eMM 2 n

3AlAl eFeFe 3

Reações de redução

•Ocorrem no “catodo”, pois atraem para si os cátions (íons carr eg ados positiv amen te)cátions (íons carr eg ados positiv amen te)

•“Reação catódica”

•Uma espécie ganha elétrons (exemplos):

→+ MeM n n

:ácida solução em H do redução -

:dissolvido O com ácida solução - He22H

:dissolvidoOcombásicaouneutraa quosa solução-

OH2e44HO

Equaç ão eletr oquímic a globalEquaç ão eletr oquímic a global

•Os elétrons perdidos por um elemento são transferidos para outro (não sobram elétrons!)

•Ocorre pelo menos uma reação de redução e pçç uma de oxidação

•Aequaçãoglobaléasomadasreações:A equação global é a soma das reações:

:H com ácida solução em uma em imerso Zinco +

(g ás)He22H e2Zn Zn

(gás)HZnH2Zn

(gás)HZnH2Zn 2

Oxidação ou ferrugem do ferro na água

•Processo em duas etapas:

Ferrugem!Ferrugem! 20

FormaçãodeferrugememáguaFormação de ferrugem em água

21 w w w.corrosionist.com/w hat_ ca uses _rust.htm

Potenciais eletr oquímic osPotenciais eletr oquímic os

•Os vários metais não têm o mesmo potencial de oxida çãoç

•uns tem mais facilidade em perder elétrons do queoutrosque outros

Célula eletrolítica

•célula eletrolítica onde um pedaço de Fe está eletricamente conectado a um pedaço de Cu, ambos imersos em soluções 1 M dos respectivos cátions

•oferroperdeelétrons•o ferro perde elétrons (oxida) sendo corroído enquanto o cobre atrai iátidCmais cátions de Cu, que são reduzidos e se depositam sobre o eletr odo

•elétrons fluem do Fe para oCusobumpotencialo Cu sob um potencial específico, no caso 0,78 V 23

SériedepotenciaisdeeletrodopadrãoSérie de potenciais de eletrodo padrão

Pdifii•Para comparar os diferentes metais criou‐se uma série eletroquímica tendo como ponto de referência o eletrododeHeletrodo de H.

•Esse eletrodo de referência consiste numa solução sa tur ada de H+ a1M1atme25°Csaturada de Ha 1M, 1 atme 25C.

•A platina é usada como condutor e serve apenas para darsuporteàreaçãodeoxidaçãooureduçãodoH.dar suporte à reação de oxidação ou redução do H.

•Assim os diversos metais podem ser classificados segundo seu potencial eletroquímico em relação ao gpqç eletrodo de referência.

Série de potenciais de eletrodo padrão 26

SériedepotenciaisdeeletrodopadrãoSérie de potenciais de eletrodo padrão

•Osinalindicaseometaléreduzidoouoxidado•O sinal indica se o metal é reduzido ou oxidado na presença do eletrodo de referência.

Ptiitiiditlé•Potenciais negativos indicam que o metal é oxidado.

Céidiidlddã•Com a série de potenciais de eletrodo padrão pode‐se verificar que metal será oxidado e qual ádidddélldãserá reduzido numa dada célula de corrosão.

•Quanto mais abaixo da tabela de potenciais o

(metal estiver, mas facilmente ele se oxida (perde elétrons) para outro localizado acima dele na blta bela. 27

Série galvânicaSérie galvânica

•Uma tabela mais prática é a série galvânica que representa a reatividade de diversos qp metais e ligas na água do mar (a seguir).

•Observaseumaboacorrespondênciaentre•Observa‐se uma boa correspondência entre ambas as tabelas. Diferenças são êflêfconseqüências da influência dos diferentes meios no comportamento eletroquímico dos me tais.

Série galv ânic a

Série

Galv ânic a outralistamaiscompletaoutra lista, mais completa...

Formas de corrosão

Podem ser classificadas por sua:

• Morf ologia : uniforme, por placas, alveolar, puntiforme ou por pite, intergranular(ou intercristalina), intragranular(ou transgranularou transcristalina), filiforme, esfoliação, grafítica, de zin fic a ção, em torno de cordão de solda e empolamentoç,p pelo hidrogênio;

•Causas ou mecanismos : por aeração diferencial, eletrolítica ou porcorrentesdefugagalvânicaassociadaasolicitaçõespor correntes de fuga, galvânica, associada a solicitações mecânicas (corrosão sob tensão fraturante), em torno do cordão de solda, seletiva (grafíticae dezincificação), ltfiliãlhidêiempolamentoou fragilização pelo hidrogênio;

•Fatores mecânico s: sob tensão, sob fadiga, por atrito, associada à erosão;assocadaàeosão;

•Meio corrosivo: atmosférica, pelo solo, induzida por microrganismos, pela água do mar, por sais fundidos, etc; liãdfl•Localização do ataque: por pite, uniforme, intergranular, transgranular, etc 31

FORMAS DE CORROSÃO Aforma auxilia na determinação do mecanismo de corrosão

Unif orme → ac orrosãoo corree m td tã d fí i

A forma auxilia na determinação do mecanismo de corrosão todaa extens ão dasuper fície

Po r placas →fo r ma m‐se placas co m esc ava çõesç

Alv eolar →pr oduz sulc os de esca vações semelhan tes à alvé olos (t em fu ndo arr edondado esão rasos)arr edondado esão rasos)

Pun tif orme → oc orr e a formação de pon tos pr ofundos (pit es)

In tergranular →oc orr e en tr egrãos

In tr agr anular →a corr osão ocorr e nos gr ãosgr ãos

Filif orme →acorr osão ocorr e naforma de finos filamen tos

Por esfoliação →ac orrosãoo corre e m dif erentes ca madas 32

Corr osão unif orme ou gener aliz adaCorr osão unif orme ou gener aliz ada

•Ocorre de maneira uniforme sobre toda a superfície exposta ao ambiente corrosivo, ocorrendo perda uniforme da espessura. Um pp exemplo é a formação de ferrugem sobre uma peça de aço, exposta ao ar úmido.pçç,p

1. Pilha de co rrosãofo r mada por ma teriais de1. Pilha de co rrosãofo r mada por ma teriais de na tur eza químic a dif erente

2 Pilha de co rrosão fo r mada pelo mesmo2. Pilha de co rrosão fo r mada pelo mesmo ma terial e mesmo ele trólit o, por é m com te ores de ga ses dissolvidos dif erenteste ores de ga ses dissolvidos dif erentes

3. Pilha de corr osão formada pelo mesmo óma terial, mas de ele tr ólit os deconcen tr aç ões dif erentes

4. Pilha decorr osão detemper atur as dif er en tes 34

1. Pilha de corrosão formada por materiais denaturezaquímicadiferentede natureza química diferente também conhecida como corrosão galvânica

• A dif er enç a de pot encial que le va à corr osão lt í i é di d t d dieletro quí mica é devid oa oc ontato de dois ma teriais de natur eza químic a dif erente e m pr esenç a de um ele trólit opr esenç a de um ele trólit o.

• Ex emplo: U map eçad eC ueo utrad eF erro e m contat o com a água salgada. O Ferro te m maior tendência de se oxidar que o Cu, então o Fe sofrerá corrosão intensa.

Corrosão galvânicag

•Ocorrequandodoismetaisdiferentesestão•Ocorre quando dois metais diferentes estão eletricamente conectados e expostos ao mesmo ambiente (em geral uma solução contendo íons).

•Outro exemplo típico:corrosão da camada de Zn sobre o aço quando a mesma é riscada. O Zn sofre corrosão

“ doando”elétronsparaachapadeaçoquepermanecedoando elétrons para a chapa de aço que permanece in tact a. 36

Corrosão galvânicag

Uma peça de Cu e outra de Ferro em contato com água salgada O Ferro tem maior tendência de se oxidar que o37 salgada. O Ferro tem maior tendência de se oxidar que o

Cu, então o Fe sofrerá corrosão intensa.

Quanto mais separados na série galvânica, maior a ação eletroquímica quando estiverem juntos 38 eletroquímica quando estiverem juntos.

2. Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teoresdegasesdissolvidosdiferentesteores de gases dissolvidos diferentes

É•Éta mbém chamada de corr osão por aer ação dif erenciada.

• Obser va‐se que quandooo xigênio do artemq q g acesso àsuperfície ú mida do me tal acorr osão aumen ta , sendo MAIS INTENS A NA PAR TE,

Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos diferentes

• No cáto do:No cáto do:

Os elé trons par a areduç ão da água ve m das ár eas de ficien tes e m oxig ênio .

• No ânodo:

Pilha de corrosão formada pelo mesmo material e mesmo eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos diferentes

• Sujeir as trinc as fissur as et c at ua m co mo• Sujeir as, trinc as, fissur as, et c. at ua m co mo foco s para a co rrosão (lev ando à corrosão l i d ) ã iõ dloc aliza da) por que sãor egiõ es menos aer adas.

• A acumulaç ão de sujeir as, óxidos (f errug e m) dificult am a passag em de oxig ênio agr avando adificult am a passag em de oxig ênio , agr avando a co rrosão.

EXEMPLO: CORROSÃO DO FERRO POR AERAÇÃO DIFERENCIAD A. Fe + Ar úmido (oxigênio mais água)

• No ânodo : RE GIÃ O MENOS AERAD A

Fe (s) →Fe+2 + 2 elétronsE°= + 0,440 Volts

• No cátodo: RE GIÃ O MAIS AERAD A

– OFe (OH)2 continua se oxidando eforma aferrug e m

Corrosão em frestas ou por p aer ação dif erenciada

Difdã•Diferença de concentração de íons (ou oxigênio) surge entreregiõesdeummesmoentre regiões de um mesmo metal devido à restrição de difusão.

l•Geralmente ocorre em locais onde há estagnação dasolução.da solução.

•Um exemplo é a corrosão na pequena abertura entre a cabeça de um parafuso e uma chapa metálica, mesmoqueambossejammesmo que ambos sejam do mesmo material. 43

Corrosão em frestas ou por aeração dif erenciada

DuaschapasdeaçoDuas chapas de aço rebitadas podem sofrer corrosão em frestas.

Corrosão em frestas ou por aeração dif erenciada

3. Pilha de corrosão formada pelo mesmo materialmascomeletrólitosdematerial, mas com eletrólitos de concen tr aç ões dif erentes

Dependendo das condiç ões de tr abalho ,funcionar á co mo:

• ÂNODO : o ma terial que estiv er imer so na soluç ão diluídadiluída

• CÁ TODO : o ma terial que es tiv er imer so na• CÁ TODO : o ma terial que es tiv er imer so na soluç ão mais co ncentrada

Corrosão puntiforme, por pite ou pitting

•É uma forma localizada de corrosão onde “canais” estreitos e profundos, com fundo anguloso e profundidade em geral maiorqesediâmetroseformamnapeçamaior que seu diâmetro, se formam na peça.

•É extremamente nociva e mais difícil de ser detectada.

O Cl‐ (ambientemarinho)tempapelimportantenestaO Cl(ambiente marinho) tem papel importante nesta forma de corrosão em aços inoxidáveis porque destrói com facilidade o filme passivanteem pontos localizados, dando origememantendooprocessoorigem e mantendo o processo.

4. Pilha de corrosão de temperaturas dif erentes

• Em ge ral o aumen to da te mperat ura• Em ge ral, o aumen to da te mperat ura aumen ta a velocidade de corr osão , por que aumen ta a difusãoaumen ta a difusão .

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