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  1. RESUMO

No presente trabalho laboratorial põe a prova o conhecimento teórico acerca da degradação de materiais metálicos quando expostos a meios corrosivos e a influência dos meios corrosivos (ácido, neutro e básico) sobre os mateirais avaliados.

Podendo verificar claramente que a taxa de corrosão do aço é maior em relação a do cobre nos diferentes meios estudados seja ele na presença ou não de borbulhamento de ar (Oxigénio). A taxa de corrosão tem directa relação com o teor ácido das soluções, sendo a taxa maior pra menores valores de pH (maior teor ácido).

Materiais metálicos tem vasta utilização na indústria e outros sectores onde a sua vida útil é garantida muitas vezes pelo nível de degradação que eles sofrem, a corrosao é o uso de isolamentos (na maior parte dos casos usam-se revestimentos orgânicos) de acordo com o meio a que se pretende submeter o material.

  1. INTRODUCAO

Materiais metálicos como o cobre e aço são largamente usados assim sendo submetidos a contacto com diversos ambientes, alguns com caracteristicas distintas. Certas caracteristicas como a composição química, concentração, impurezas, pH, temperatura, teor de oxigênio, pressão, sólidos suspensos podem afectar o material e a sua utilidade de diversas formas afectando a aparencia do material, bem como suas propriedades mecanicas quimicas e fisicas.

A corrosao e mecanismos de corrosão podem ser diferentes para os três diferentes tipos distintos de materiais:

  • Metálicos;

  • Não metálicos;

  • Cerâmicos.

Neste trabalho laboratorial poderemos obsevar e estudar o comportamento de dois metais distintos perante diferentes tipos de meios corrosivos e diferentes condicoes através da submissão de amostras de cobre e aço á ensaios de corrosão usando equipamentos ARMFIELD para testes de corrosão da ARMFIELD com referência de sistema aço-água porem podendo ser usada para outros sistemas quimicos.

  1. OBJECTIVO

Determinar o efeito do pH na taxa de corrosão do aço e do cobre, com ou sem efeito do ar (Oxigénio) nas soluções (ácidas, neutras e básicas).

  1. MATERIAL USADO

  • Equipamento ARMFIELD para testes de corrosão;

  • Encubadora;

  • Dessecador;

  • pH-metro;

  • Nove amostras de cobre e de aço;

  • Soluções ácida (HCl), Neutra (H2O) e básica (NaOH);

  • Água Destilada;

  • Escova;

  • Palha de aço;

  • Pinça;

  • Balança analítica.

Fig.1- Equipamento ARMFIELD para teste de corrosão.

  1. PARTE TEORICA

A corrosão é a deterioração de um corpo sólido por meio de uma ação química ou eletroquímica provocada pelo meio ambiente. A ação química pode ou não estar associada a ações mecânicas ou físicas (tensões, cavitações, etc.).

A corrosão metalica é a transformação de um material metalico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica em um determinado meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na libertação de energia. Este processo quase sempre está associado à exposição do metal num meio no qual existem moléculas de água, juntamente com oxigênio gasoso ou ioes de hidrogênio.

Dependendo do tipo de acção do meio corrosivo sobre o material, os processos corrosivos podem ser classificados em tres formas:

  • Corrosao Quimica;

  • Corrosao Electroquimica;

  • Corrosao Biologica.

Corrosão Química– o meio é não iônico, incluindo gases a baixa e alta temperatura, os líquidos anidros e os metais fundidos. Assemelha-se à corrosão seca.

A corrosão química assemelha-se a corrosao seca por não necessitar de água, corresponde ao ataque de um agente químico directamente sobre o material, com ausencia de transferência de electrões de uma área para outra. No caso de um metal, o processo consiste numa reacção química entre o meio corrosivo e o material metálico, resultando na formação de um produto de corrosão sobre a sua superfície.

Os polímeros (plásticos e borrachas) também podem sofrer corrosão, ou melhor, uma degradação, pela acção do meio, de solventes ou de oxidantes enérgicos. Nessa corrosão, as reacções químicas levam à cisão das macromoléculas, em geral com comprometimento das propriedades físicas e químicas do material.

Corrosão Eletroquímica– o meio é iônico, envolvendo os íoes de água. Devido a necessidade de humidade para a formacao de electrolitos ela ocorre em meio aquoso e é também chamada de corrosão húmida.

O processo de corrosão eletroquímica pode ser decomposto em três etapas principais:

  • Fenômeno anódico (oxidação);

  • Deslocamento de electroes e íoes;

  • Fenômeno catódico (redução).

No catodo, pode-se ter as seguintes reações católicas:

a) Meio neutro sem presenca de ar (Oxigenio) : 2 HOH + 2e- H2 + 2 OH

b) Meio neutro com presenca de ar (Oxigenio): 2 HOH + ½ O2 2OH

c) Meio ácido sem presenca de ar (Oxigenio): 2 H+ +2e H2

d) meio ácido com presenca de ar (Oxigenio): 2 H+ + ½ O2 + 2e-2 HOH

Nota: Em meio neutro, a região catódica torna-se básica e, em meio ácido, diminui a acidez, pois ocorre a reação: H+ + OH-H2O, que é uma reação de neutralização.

Em geral uma reacção electroquímica consiste em pelo menos uma reacção de oxidação e uma reacção de redução e será a soma de ambas. Com frequência, as reacções individuais de oxidação e redução são chamadas de semi-reacções.

Conclui-se, também, que a corrosão eletroquímica será tanto mais intensa quanto maior a acidez (alto teor de H+) e maior teor de oxigênio do meio.

O oxigênio é considerado um factor de controle, pois o caso do meio neutro com presenca de ar ele age como despolarizante (intensificando a corrosão), isto é, reage com o H2, que poderia ficar adsorvido na superfície do catodo polarizando a pilha. Por este facto é que costuma-se fazer a deaeração (eliminacao de ar) de águas usadas para fins industriais, como, por exemplo, águas para caldeiras.

Corrosão Microbiológicase processa sob a influência de microrganismos (bactéria, fungos, algas, etc.).

Corrosao microbiologica em metais é aquela onde a corrosão do material metálico se processa sob a influência de microorganismos (bactérias, fungos, etc).

Os microrganismos podem interferir das seguintes maneiras:

  • Influência direta na velocidade das reações anódicas e catódicas;

  • Modificação na resistência da película formada na superfície metálica pelos produtos de seu metabolismo

  • Originam meios corrosivos;

  • Formação de tubérculos, cujo crescimento e multiplicação possibilitam a formação de pilhas de aeração diferencial.

Geralmente, os microrganismos são fonte geradora de produtos que dependendo do meio em que se encontram, poderão iniciar um processo de corrosão química ou eletroquímica.

Nota: Erosão é o desgaste de materiais pela acção abrasiva de fluidos em movimento, usualmente acelerado pela ação de partículas sólidas ou material em suspensão e não deve ser confundido com corrosão.

    1. EFEITOS DO AMBIENTE

Com muita frequencia se refere aos efeitos do ambiente na corrosao pois ele é o meio mais comum de corrosao que ocorre a condicoes atmosfericas desencadeado pela humidade da atmosfera. No caso de materiais metalicos, esta humidade se condensa em forma de pelicula liquida. Os efeitos do ambiente variam do ambiente, isto é, a corrosao é influnciada por factores que depende do meio.

O efeito do ambiente na corrosao em ambientes marinhos onde predominam o NaCl que por ser electrolito forte origina um processo corrosivo acentuado, fortemente soluvel se gidrolica formando HCl e este ainda mais corrosivo. Como produto da corrosao pode encontrar o Fe(OH)2Cl, um agente que forma depositos por ser bastante insoluvel. O ataque do HCl ao metal se processa pelo ataque ao ferro que liberta gas H2.

3FeCl3 + 3H2O Fe2O3 + 6HCl (1)

FeCl3 + 2H2O Fe(OH)2Cl+ 2HCl (2)

Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (3)

Em ambientes industriais onde existe grande emissao de poluentes como: Oxidos de enxofre (SOx), compostos nitrogenados (NH3, NH4+ ), gas sulfridrico (H2S), monoxido e dioxido de carbono (CO2 , CO), associados a grande humidade do ar, gera uma atmosfera altamente corrosiva que ataca principalmente instalacoes de cobre e suas ligas e estruturas de ferro.

Variáves referentes ao ambiente de corrosão, dentre as quais inclui-se a velocidade, a temperatura e a composição do fluido, podem ter influência decisiva sobre as propriedades de corrosão dos materiais que estão em contacto com esse ambiente. As taxas da maioria das reacções químicas aumentam em função de um aumento na temperatura, isso também é válido para a grande maioria das situações de corrosão. O aumento do pH ( quantidade de iões H+ nos ácidos) em muitas situações produz uma taxa de corrosão mais elevada.

    1. FORMAS DE CORROSAO

As diferentes formas de destruição provocadas pela corrosão podem ser classificadas da seguinte maneira:

  • Corrosão uniforme;

  • Corrosão por placas;

  • Corrosão alveolar;

  • Corrosão puntiforme ou por pite;

  • Corrosão intergranular (ou intercristalina);

  • Corrosão intergranular (ou transgranular ou transcristalina);

  • Corrosão filiforme;

  • Corrosão por esfoliação;

  • Corrosão grafítica;

  • Corrosão por dezincificação;

  • Corrosão por empolamento pelo hidrogênio;

  • Corrosão em torno de cordão de solda.

Fig. 2- Representacao esqquematica de algumas formas de corrosao.

    1. CORROSÃO DO AÇO

O aco apresentada varias vantagens para o seu uso, algumas como facilidade de instalação, resistência á corrosão, condutibilidade eléctrica e o custo dele se pode apresentar de diversas forma com características diferentes na forma acabada, podendo ser: aço galvanizado, aço inox e aço cobreado. A comparação desses aços segundo suas propriedades e características é apresentada na tabela a seguir:

Tabela-1. Comparação dos aços segundo suas propriedades e características.

Material

Facilidade de instalação

Resistência á corrosão

Condutibilidade

Custo

Aço Galvanizado

Médio

Mau

Médio

Muito Bom

Aço inox

Médio

Muito Bom

Médio

Mau

Aço cobreado

Médio

Médio

Bom

Bom

A reacção que ocorre durante o processo de corrosão do aço para um meio ácido (solução de HCl), na ausência do ar é a seguinte:

Esta reacção pode ser escrita numa forma iónica simplificada, omitindo os iões cloreto do seguinte modo:

Esta reacção corresponde a duas semi-reacções de redução e oxidação:

  • Reacção de redução ou reacção catódica

  • Reacção de oxidação ou reacção anódica

Na presença de ar teremos, no cátodo a redução de oxigénio:

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