Corrosão.AltasTemperaturas

7/25/2019 Corroso.AltasTemperaturas

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Corroso em Altas Temperaturas

Disciplina de Corroso

Programa de Ps-Graduao UFMG


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FORMAO DA PELCULA DE OXIDAO

A pelcula formada pela oxidao do metal base o resultado daoxidao qumica desse metal por um agente oxidante;

Essa pelcula, dependendo das propriedades do xido formado,

pode proteger o metal base contra a continuidade da oxidao econsequente destruio do metal, mas se a pelcula se

desprender com facilidade ser dada continuidade ao processo de

oxidao;

As equaes que regem esse fenmeno esto abaixo:

Reao de oxidao:

Reao de reduo:

Reao de exirreduo:


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MECANISMO DE CRESCIMENTO DA PELCULA

DE OXIDAO

Considerando um meio oxidante, com presena abundante de oxignio,existem trs processos competindo:

Adsoro de um filme de oxignio atmico sobre a superfcie metlica (predominaem temperaturas baixas);

Adsoro de oxignio molecular sobre a face externa do filme (predomina em

temperaturas baixas)

Pelcula de xido proveniente da reao de oxidao (predomina em

temperaturas altas);

Como o processo de oxidao envolve o transporte de eltrons, ento ocrescimento da pelcula da conduo inica, ocorre das seguintes maneiras:

O nion ( ) difundindo-se pelo xido no sentido do metal;O ction metlico ( ) difundindo-se pelo xido no sentido do oxignio;

Difuso simultnea do nion e do ction;


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MECANISMO DE CRESCIMENTO DA PELCULA

DE OXIDAO

Pode-se considerar que a difuso catinica ocorre com mais frequnciaque a aninica pois o on do metal geralmente menor que o ion ,

podendo atravessar mais facilmente a rede cristalina do xido.

Devido corroso do metal, existe a formao de imperfeies na

estrutura do mesmo, por causa de lugares vazios presentes na estrutura

oxidada devido movimentaes dos ctions formados. Podemos citar

dois tipos principais de imperfeies:

Compostos formando semicondutores do tipo n (negativo): a condutividade realizada pelos eltrons, onde existem excesso de ons metlicos, tais ons migram

com os eltrons para a camada externa de xido. Ex: CdO, MgO;

Compostos formando semicondutores do tipo p (positivo): a condutividade estrelacionada com a movimentao dos ons do metal base, os eltrons caminham

saltandoentre os ctions do metal vizinhos. Ex: NiO, FeO, CoO, MnO;


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EQUAES DE OXIDAO

So equaes que descrevem a velocidade de oxidao do metal basecom o tempo, em funo da espessura da camada de xido e da

temperatura:

Equao linear: - utilizada para o caso dos metais cuja relao

entre o volume de xido formado e o volume metal consumido menor que 1.Ex: Fe acima de 900C;Equao parablica: - utiliza-se essa equao para o caso dosmetais cuja relao entre o volume de xido formado e o volume metal consumido

maior que 1. Ex: Fe e Cu;

Equao logartmica: - ocorre na oxidao inicial de metais comoCu, Fe, Zn, Ni, que se oxidam rapidamente no incio e depois lentamente, com a

espessura da pelcula quase constante, exe: Fe, 200C, Zn 400C e Al temperatura ambiente;As constantes dependem da temperatura, da natureza do material e em

alguns casos da presso, A a espessura da pelcula no tempo t=0, para os casos

da presso constante temos a equao: , onde Q a energia deativao da reao de oxidao, R a constante dos gases e T a temperatura

absoluta.


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A eficincia depende das propriedades da pelcula formada

entre o metal e o meio corrosivo.

Resistividade Eltrica quando elevada, dificulta a difuso

de eltrons, retardando a corroso.

Transporte Catinico quanto menos lugares vazios narede, maior a dificuldade de movimentao de ctions;

Plasticidadequanto mais plstica, mais difcil a fratura;

Porosidadequanto menos porosa, menor a difuso;

Volatilidade, Presso de Vapor, Aderncia e Solubilidade

so propriedades que tambm interferem na proteo.

EFICINCIA DE PELCULAS COMO

AGENTES PROTETORES


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PELCULAS POROSAS E NO POROSAS

RELAO DE PILLING-BEDWORTH

A relao determinada pela expresso:

, onde

M = massa molecular do xido;

D = massa especfica do xido;

m = massa atmica do metal;

n = n de tomos metlicos na frmula molecular do xido;d = massa especfica do metal.

Relao < 1pelculas porosas e metais rapidamente oxidados;Relao 1pelculas no porosas e metais mais resistentes.


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PELCULAS POROSAS E NO POROSAS

RELAO DE PILLING-BEDWORTHExemplo com o Al2O3 formado sobre o alumnio:

M = 102 g

D = 4 g/ cmm = 27 g

n = 2

d = 2,7 g/cm

Tab.1 Valores da Relao dePilling -Bedworth para xidos metlicos.

3

33


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ESPESSURAS DE PELCULAS - TIPOS

Espessas Acima de 5000 ,visveis a olho nu e podematingir valores elevados. Ex: Carepa de laminao no ao.


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ESPESSURAS DE PELCULAS MTODOS

Mtodo Gravimtrico a espessura, em centmetros, podeser obtida pela seguinte expresso:

s = rea (cm )

P = massa (g)

M = massa molecular do xidom = massa do metal em M do xido

D = Densidade do xido

Mtodo Eletromtrico mede a quantidade de eletricidadenecessria para a reduo da pelcula de oxidao.

I = intensidade de corrente eltrica (A)

t = tempo para completa reduo (s)

M = grama equiv. substncia reao de reduo

F = constante de Faraday

d = massa especfica da substncia (g/cm )

s = rea delimitada para reduo (cm )

3

2

2


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CRESCIMENTO DE PELCULAS EM LIGAS

OXIDAO SELETIVAOcorre quando um componente ou constituinte estrutural de uma

liga oxida-se mais rapidamente que os outros.

Ex: Adio de Cr em ligas de ao, formando a pelcula Cr2O3.

A liga reage com o oxignio; se a Vdifusodo on metlico atravs doxido formado for maior que a Vdifuso dos outros metais

componente da liga, a reao prosseguir com esse metal.

Se a pelcula tiver caractersticas protetoras, haver diminuio na

velocidade de oxidao.


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CRESCIMENTO DE PELCULAS EM LIGAS

OXIDAO SELETIVAEx.: comportamento dos metais puros contra o oxignio:

Se a velocidade de difuso do on metlico atravs do xido

formado for maior que a dos outros metais componente da liga, a

reao prosseguir com esse metal. Tem-se uma oxidao seletivae, se a pelcula tiver caractersticas protetoras, haver diminuio

na velocidade de oxidao.

O uso das ligas resistentes s altas temperaturas depende dos

seguintes fatores:

Resistncia qumica da liga;

Resistncia mecnica da liga nas condies de emprego;

Facilidade de usinagem;

Custo da liga.


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Meio: Enxofre

Reao:

Fe + S . FeS (Resduo escuro)

Fe + H2S FeS + H2(Resduo escuro + gs)Pelculas de Enxofre no protegem por apresentarrede cristalina, volume grande do tomo e ponto defuso baixo.

Ligas de Ni forma eutticos que fundem emtemperaturas baixas comparadas com as ligas de Fe


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Meio: Hidrognio

Reao em aos:

Fe3C + 2H2 3Fe + CH4

(Carbonetao e Descarbonetao)Reao em ligas de Cu:

2Cu + O2 2CuO

CuO + H2 Cu + H2O (ruptura no contornode gro)


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Meio: Cinzas

Ocorrncia: queima de combustveis.

Combustveis contendo V e S (esfoliao)

Vandio catalisa SO2 para SO3 (Formao deNa2SO4)

Mecanismo:

Na2SO4 + 3M Na2O + 3MO + S

M + S MS

Na2SO4+ 3MS 4S + 3MO + Na2O


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Referncias Bibliogrficas

GENTIL, Vicente. Corroso. 6 edio. Rio de Janeiro: LTC,2012.

MCCAFFERTY, E. Introduction to Corrosion Science.1edio. New York: Springer, 2010

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