CURSO DE CORROSÃO E PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO … · o metal solicitado por esforços mecânicos...

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CURSO DE CORROSÃO E PROTEÇÃO

CONTRA CORROSÃO

PROFESSOR: ALOYSIO DE AGUIAR

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CURSO

CORROSÃO E PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO

A CORROSÃO É UM FENOMENO NATURAL E, COMO TAL, SUAS CONSEQUÊNCIAS ÀS VEZES NOS FAVORECEM OUTRAS NOS PREJUDICAM.

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CURSO


DESSE MODO, TODOS OS PROBLEMAS ATRUBUÍDOS À CORROSÃO SÃO NA REALIDADE RESULTADO DA NOSSA IGNORÂNCIA E FALTA DE COMPREENSÃO DO FENÔMENO E SEUS MECANISMOS.

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CURSO


1. INDÚSTRIA METALÚRGICA:

LIXIVIAÇÃO

ELETROREFINO

ALGUMAS CONSEQUÊNCIAS DA INEXISTÊNCIA DA CORROSÃO:

Esses processos ficariam

inviabilizados, pois utilizam

os mecanismos da corrosão

como meio de produção

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CURSO


2. GALVANOPLASTIA:


Todos os processos eletroquímicos de

recobrimento (cromeação, zincagem,

niquelação, etc) seriam impossíveis de

se realizar, pois todos partem do metal

no estado ionizado, ou seja, do metal

previamente corroído.

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CURSO


3. BATERIAS E PILHAS:


Não funcionariam e, assim teríamos, por

exemplo, que inventar um outro meio para

dar partida nos veículos. Não haveria

rádios, relógios e brinquedos à pilha e

teríamos de descobrir outro meio para as

inter-comunicações espaciais, telefonia

celular, via satélite, etc.

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CURSO


4. DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS:


Não seriam possíveis os ataques

metalográficos, assim como as análises

químicas por via úmida; polimentos

eletrolíticos e outras preparações de

corpos de prova, como limpezas químicas

de produtos de corrosão ( remoção) ou

impregnações de polímeros ou outras

sujidades para análise em microscopia

óptica ou eletrônica.

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CURSO


4. DESENVOLVIMENTO DEMATERIAIS:


Não seriam possíveis os ataques

metalográficos, assim como as análises

químicas por via úmida; polimentos

eletrolíticos e outras preparações de

corpos de prova, como limpezas químicas

de produtos de corrosão (remoção) ou

impregnações de polímeros ou outras

sujidades para análises de falha em

microscopia óptica ou eletrônica.

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CURSO


4. EXISTÊNCIA HUMANA “VIDA NA TERRA”:


Até mesmo a vida na terra depende em parte

da corrosão, uma vez que a clorofila,

fundamental na vida das plantas, contém íons

de magnésio ( Magnésio corroído).

Podemos citar também a hemoglobina do

sangue que necessita de íons de ferro na

oxigação, além de um grande número de

outros minerais , Zn, Na, K, etc que são de

grande importância para a vida dos humanos e

demais habitantes da terra.

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CURSO


CORROSÃO: Destruição de um material, geralmente metálico, através da interação química ou eletroquímica do meio ambiente.

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CORROSÃO

PERDA DE RESISTÊNCIAPERDA DE MASSA

INTERAÇÃO QUÍMICA

MATERIAL

FRATURA

CURSO


MEIO

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CURSO


PERDAS ECONÔMICAS

CUSTOS DIRETOS Remediativos

Preventivos

Revestimentos (ôrganicos ou inorgânicos)

Materiais mais resistentes à corrosão

Métodos de proteção contra corrosão (outros, p. ex.

aditivos, inibidores de corrosão, proteção catódica

ou anódica e outros)

Superdiomensionamento

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CURSO


PERDAS ECONÔMICAS

CUSTOS INDIRETOS

Interrupção de operação

Perda de produtos (Ex.: oleodutos)

Perda de eficiência (trocadores de calor, motores a

combustível, diminuição de vazão em tubulação, etc.)

Contaminação de produtos

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CURSO


CUSTO DA CORROSÃO

PAÍS ANO CUSTO (US$)

(Bilhões)

% PNB % EVITÁVEIS

RUSSIA 2005 6,7 2,0 -

ALEMANHA 2005 6,0 3,0 25

REINO UNIDO 2005 3,2 3,5 23

AUSTRÁLIA 2005 0,55* 1,5 -

JAPÃO 2006 9,2* 1,8 -

EUA 2006 70,0 4,2 15

* Somente custos diretos

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CURSO


CONSIDERAÇÕES ENERGÉTICAS

A obtenção de um metal se faz à custa de uma determinada quantidade de energia,

a qual é cedida pelos processos metalúrgicos como mostrado abaixo:

Metalurgia

Composto + Energia Metal

Corrosão

Ex.: Redução térmica de minério de ferro que consome carvão e combustível

(alcançar a temperatura)

Fe2 O3 + 3C 2 Fe + 3CO

Fe2 O3 + 3CO 2 Fe + 3CO

Energia

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METAIS + AR SECO

METAIS + AR ÚMIDO, ÁGUAS, SOLOS

OXIDAÇÃO

PLÁSTICOS + AR

MADEIRAS + AR, ÁGUA

INTERAÇÃO

QUÍMICA

PLÁSTICOS + VAPORESADSORÇÃO

METAIS + METAIS LÍQÜIDOS

PLÁSTICOS + SOLVENTES

VIDROS & CERÂMICAS + REAGENTES

DISSOLUÇÃO

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CURSO


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CURSO


METAIS EM EQUILÍBRIO

Reações Químicas

Reações

Eletroquímicas

A A z+ + ze-

Reação anódica reação catódica

ou de oxidação ou de redução

A AZ+ + ze- e - xz- + Ze- x

xxxx xxxx

e- METAL

XZ

AZ

XA

XzX

++

-

+

-

+- ez

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• EXPERIÊNCIA DE EVANS

Solução Aquosa NaCl 3%

+ Fenolftaleina (OH - ) cor rósea

+ Ferricianeto de k (Fe2+ ) azul de prússia

(K 3 Fe (CN )6

O2 + 2 H2 O + 4e- 4OH- (Reação Catódica)

Fe Fe2+ + 2 e- (Reação anódica)

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CÉLULA ELETROLÍTICA

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3. Classificação da Corrosão

3.2. Quanto à natureza do agente físico ou mecânico concomitante

*corrosão sob erosão, corrosão sob cavitação;

*corrosão sob fricção, corrosão sob tensão, corrosão sob fadiga, etc.

3.3. Quanto ao mecanismo eletrônico

*corrosão química

*corrosão eletroquímica

*corrosão por eletrólise

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3.3. Quanto ao mecanismo eletrônico

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3.4. Quanto ao efeito observado no material metálico

(a) o material apresenta desgaste aparente GeneralizadaLocalizada (por pite, por frestas, etc.)Seletiva(b) o material não apresenta desgaste aparenteIntergranularFragilização pelo hidrogênioCorrosão sob tensão fraturante

3.4.1-Corrosão Generalizadaatua sobre toda superfície indistintamenteForma mais comum de ataqueFácil identificação e controle

3.4.2- Corrosão por pitesForma mais destrutiva e perigosaDifícil identificaçãoTempo de indução (incubação)

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3.4.3- Regra Simples

Metais Resistentes Susceptíveis à

à Corrosão Generalizada Corrosão por Pites

Aumentar a resistência à Aço inoxidável AISI 304

corrosão por pite em água Aço inoxidável AISI 316

do mar Hastelloy F, Nionel ou Durimet 2.0

Hastelloy C

Titânico

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• contorno de grão apresenta reatividade acentuada• Pouco aparente extremamente perigoso• Reduz propriedades mecânicas do metal

3.4.3. Corrosão Intergranular

Grão de aço inoxidável solução Sólida C - Crc/ aquecimento 500 - 900 Cpor alguns minutos (Sencitização)

Somatório de efeitos:

• corrosão galvânica

• redução da resistência à corrosão;

• relação de áreas desfavorável;

• região originalmente conturbada estruturalmente;

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3.4.4. Corrosão em Cordão de Solda

Soluções para evitar Sencitização:

• Tratamento térmico - homogeneizar estrutura 1050 - 1150 C resfriar em água

• Adicionar elementos de liga - estabilizadoraEx.: Ti, Nb e Ta - aços estabilizados

• Reduzir teor de C nos aços inóx - Classe “L”

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3.4.5. Corrosão Seletiva

• Ataque preferencial de um elemento da liga• Dezincificação de latões

Mecanismo

1) Toda a liga se dissolve por corrosão

2) Os íons de Zn permanecem em solução

3) Os íons de Cu se redepositam (redução do Cu)

Prevenção

• Redução da agressividade do meio (redução de 02 )

• Proteção Catódica;

• Uso de ligas com menor porcentagem de Zinco

• Adição de elementos de liga que inibem o processo

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3.4.6. Corrosão Associada a Esforços mecânicos.

• A ação química associada a uma ação física do meio ou sobre

o metal solicitado por esforços mecânicos é muito mais nociva do que a ação química isolada.

Pode-se separar os casos em 2 grandes grupos de associações:

(a)Corrosão sob ação física• Corrosão sob erosão• Corrosão sob cavitação• Corrosão sob fricção (“Fretting”)

(b)Corrosão sob ação mecânica

Especificidade do meio • Corrosão sob tensão Tempo de indução

Tensão de tração

• Corrosão sob fadiga

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4. Proteção Contra à Corrosão.

•Para que a corrosão ocorra G = Gp - Gr 0

Combate à Corrosão Aumentando a resistência da Condição Termodinâmica

Material metálico

Diminuindo a corrosividade do meio

Interpondo uma barreira entre o metal e o meio

Existem grupos de Métodos:1. Atuam sobre o fator termodinâmico - Proteção Catódica

• único método que pode reduzir a corrosão a “ ZERO”

2. Atuam sobre o fator cinético - Ex. Revestimentos

3. Atuam em ambos os fatores (Termod. + Cinética)

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4.1 Aumento da Resistência do Material Metálico.

Esse aumento pode ser conseguido de 3 formas:

1. Alteração da composição superficial por recobrimento metálico

2. Alteração da composição global • retirar ou reduzir elementos nocivos• adicionar elementos nobres

3. Alteração do Potencial de Corrosão- No sentido catódico - Proteção Catódica- No sentido anódico - Proteção Anódica

(Somente para metais apassiváveis Fe, Cr, Ni, Co, Ti, etc. )

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4.2-Recobrimentos Metálicos.

• É mais nobre que o metal base Maior resistência à Corrosão

• Forma um óxido ou outra película qualquer que é protetora

• Ajusta a nobreza de metais em contato galvânico

• Apresenta caráter anódico com relação ao metal base e protege-o

corroendo-se proteção catódica galvânica

Ex.: Zn sobre aço

Sn sobre aço - latas de conserva

Métodos

• Eletrodeposição (Eletroquímico ou químico)

• Imersão em metal fundido - Aço galvanizado

• Processos Termoquímicos - Cementação, Cladirização (Al)

• Aspersão Térmica - jato de metal fundido

• Deposição de metal vaporizado em Vácuo (PVD)

• Cladização - Colaminação - Ind. Aeronáutica

• Pintura - Revestimentos isolantes com ou sem pigmentação

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4.3-Proteção contra à Corrosão pela Alteração da Composição Global do material metálico.

Essa alteração pode ser realizada de 3 formas:

1. Acréscimo de novos elementos;

2. Retirada de elementos existentes;

3. Pela alteração da composição das fases existentes sem

alterar a composição química.

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4.4-Proteção Catódica.

A corrente catódica necessária à proteção pode ser obtida de 2 formas:

1. Ligando-se a estrutura a ser protegida no pólo negativo de um gerador de

corrente contínua. Proteção catódica por Corrente Impressa

2. Ligando-se a estrutura a ser protegida a um material metálico garantidamente

anódico no meio Proteção Catódica por Anodos de Sacrifício.

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4.4-Proteção Catódica.

O anôdo pode ser ativo (sucata de ferro) ou inerte (grafite, ferro silício, etc.)

Usos comuns:

• Cascos de navios tipo galvânico - Anodos de Zn + Pintura

• Tanques de armazenamentos e canalizações imersas

• Torres de Telecomunicação - Anodos de sacrifício ou por corrente

impressa.

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4.5-Proteção Anódica.

Alguns metais, tais como: Fe, Cr, Ni, co, Ti e suas ligas, em meios usuais,

apresentam um comportamento, onde se verifica a redução da corrosão

com o aumento de potencial dentro de certos limites - Passivação.

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4.5-Proteção Anódica.

Vantagens:

• Melhor controle

• Maior eficiência e economia quando os meios são muito agressivos

• Maior poder de penetração

Desvantagens:

• É aplicável somente a metais que se tornam passivados, no meio considerado

• Custo elevado

• Impossibilidade de reduzir a corrosão a zero

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4.5-Diminuição da Corrosividade do Meio.

A corrosividade do meio pode depender substancialmente da

presença de um determinado fator fator de controle.

Ex.:

Corrosão atmosférica - Umidade relativa.

Corrosão por combustíveis: - gasolina: teor de enxofre

- álcool: pH e Cl-

Corrosão em meio aquoso: - dureza Ca++ e ou Mg ++

- oxigênio dissolvido

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4.7 - Inibidores de Corrosão.

Substâncias puras ou misturas mais ou menos complexas

capazes de diminuir a velocidade das reações de corrosão.

Mecanismos de Ação:

V = I (Re + Rm) Re Rm V = I Re

V = (E c - c ) - (EA + A ) = EC - EA - ( c + A )

Re

ACAC EE )(

= I +--

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São inibidores substâncias capazes de reduzir “ I ” através de uma

ou mais das seguintes ações:

Aumento do Ea enobrecimento do potencial anódico;

Diminuição de Ec diminuição da nobreza do catodo;

Aumento da polarização anódica a ou Catódica c ou

ambas;

Aumento do Re;

A maioria dos inibidores comerciais atuam aumentando o Re

pela formação de películas de resistência elevada.

A concentração dos inibidores dependem do meio (presença de

agentes agressivos “Cl”, principalmente) e do sistema metálico

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* Corrosão por pites

Tabela 4.7.1. : Efeito da concentração do Cromato e Cloreto e da temperatura na corrosão

do aço carbono (duração do ensaio 14 dias, velocidade do c.p. 37 cm/s.

Na2 Cr2 02 2 H2 O g/l

0 0,1 0,5 1,0

% NaCl Temp C Velocidade de corrosão em mpy

0 20 21 0,1 0,2 0,0

75 36 14 * 0,4 0,2

95 17 11 * 0,4 0,0

0,002 20 26 0,6 0,0 0,0

75 67 5 * 0,2 0,0

95 21 17 * 5* 0,3

0,05 20 31 1,2 1,5 0,8

75 85 2 3 2

95 23 7 * 5 * 2

3,5 20 24 1,7 1,6 1,5

22,0 20 07 0,9 0,6 1,3

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CURSO



Os apassivadores devem sempre ser usados acima de uma

concentração igual ou superior a um valor crítico .

Valores menores impedem uma apassivação homogênea de

toda a superfície corrosão por pites.

Outros indicadores, tais como os orgânicos tem a ação ou

mecanismo pouco conhecido.

Mecanismo mais aceito Adsorção.

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4.8 - Interposição de barreira entre o material metálico e o meio.

O último método de proteção contra a corrosão é o que se

baseia na aplicação ou formação local de uma película não

condutora que age como uma barreira entre o material metálico

e os agentes agressivos.

As películas não condutoras empregadas na proteção de

materiais metálicos podem ser:

Aplicadas.

Formadas localmente, pela transformação química parcial

da superfície metálica.

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4.8.1 - Películas protetoras aplicadas.

Incluem todas aquelas de materiais orgânicos ou inorgânicos que

independem da participação do metal base na sua composição.

Ex.: Vidro, cerâmica, cimento, plásticos, alcatrão e tintas, etc.

Vidro e Material cerâmico: esmaltação a fogo, usado na proteção

contra corrosão a elevada temperatura.

Baixa resistência a impacto fissuramento.

Cimento: Proteção do ferro(mesmo coeficiente de dilatação), muito

usado na proteção interna de tubulações aplicado por

centrifugação.

Boa resistência à meios aquosos neutros.

Baixa resistência à impacto e a choque térmico.

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Alcatrão e Asfalto: Proteção contra corrosão pelo solo.

Ex. Tanques, oleodutos

Plásticos e elastômeros Inúmeros tipos com desenvolvimento

recente.

Deve-se estudar caso a caso para se especificar o revestimento

adequado em função de aderência no metal, resistência ao meio,

porosidade e propriedades mecânicas, quando for o caso.

Ex. Borracha, neoprene, cloreto de vinilas, PVC, ABS, Teflon, etc.

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As películas de tintas, vernizes, esmaltes e lacas, constituem as

barreiras mais freqüentemente empregadas no combate à corrosão

atmosférica e pelos solos.

Quanto à composição tem-se:

Tintas pigmento + veículo + solvente + aditivos + carga

Vernizes veículo + solvente + aditivos + carga

Lacas pigmento (?) + resinas + solvente+ aditivos + carga

Esmaltes menor tempo de cura, maior dureza

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Pigmentos Substâncias sólidas naturais ou artificiais, orgânicas

ou inorgânicas Conferem côr e tornam as películas menos

permeáveis e alguns tem ação inibidora (ZnCrO4, Pb3O4)

Outros exemplos: TiO2, PbCO3, ZnO, Fe2O3

Veículos Óleos naturais, resinas plásticas ( polímeros) que

polimerizam em contato com o ar.

Ex:Óleo de linhaça, resinas acrílicas, alquídicas, fenólicas, epóxi, etc.

Solventes Reduzir a viscosidade do veículo

Ex Álcoois, ésteres, cetonas,etc.

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Aditivos Funções específicas: catalisadores de polimerização

das resinas, anti-oxidantes, anti-espumantes, fungicidas, etc.

Cargas Sólidos de baixo custo para substituir os pigmentos

reduzir o custo.

Qualidades que as tintas devem possuir:

I. Impermeabilidade ao vapor de água e ação inibidora

I. Algumas especiais proteção catódica ou galvânica

Ex. Borracha clorada ou poli-estireno pigmentadas com pó de zinco

(95% da película seca).

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4.8.2 - Películas protetoras formadas por Conversão Química.

Películas de natureza inorgânica, óxidos e sais, podem-se formar

sobre metais quando esses são mergulhados em soluções

aquosas que atacam (química ou eletroquímicamente) a

superfície. São porosas e requerem proteção adicional - Óleos,

graxas ou tintas.

As principais são:

I. Óxido de ferro ( Fe3O4) Formadas à elevada temperatura ou em

soluções concentradas alcalinas de nitratos, cloratos ou

persulfatos. Sobre a camada é aplicado óleo ou graxa.

Ex. Armas de fogo, autopeças ( molas, estampados, formados, etc).

II. Óxido de Alumínio ou Anodização( Al2O3) Formado pela

oxidação controlada.

Processo eletroquímico ( i 1A / dm2) em soluções diluídas. A película cresce 2 a 10x10- 6 mm 2,5 a 25 10- 3 mm

ao ar 1000 x anodizado

Após a anodização Selagem (fervura em solução diluída de cromatos)

Eliminar porosidades

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4.8.2 - Películas protetoras formadas por Conversão Química.

Cromatização - (Cromato de Zinco): Camada de conversão que se

forma pela imersão de peças de zinco, ou zincadas, em solução

aquosa com dicromato de sódio(200 g) e ácido sulfúrico (0,8% V).

Pode também ser empregada para cádmio, cobre e algumas de suas

ligas.

Fosfatização - Camada de conversão que ocorre, principalmente,

para o aço em solução de ácido fosfórico e fosfatos de zinco ou de

manganês, basicamente (demais agentes protegidos - Patentes)

Mecanismo - Processo de Conversão:

1. Metal se corroi ligeiramente em contato com a solução;

2. Os íons metálicos produzidos formam precipitados insolúveis que aderem no metal;

3. As porosidades são seladas com óleos ou graxas ou outros agentes

impermeabilizantes;;

Ex.: Indústria automobilística, eletroeletrônicos, decoração, compressores herméticos, etc

A fosfatização apresenta ainda características de lubricidade.

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CURSO


5 - CONCLUSÃO.

A CORROSÃO É UM FENÔMENO NATURAL E, POR

SER ASSIM, ELA NÃO PODE SER CONSIDERADA

BENÉFICA OU MALÉFICA.

NINGUÉM DEVERIA SE PREOCUPAR COM O

COMBATE À CORROSÃO, MAS SIM EM PROCURAR

ENTENDER MELHOR O FENÔMENO.

ENTENDER MELHOR A CORROSÃO E SEUS

MECANISMOS É O PONTO DE PARTIDA PARA SE

VIVER COM ELA, APROVEITANDO DOS SEUS

INÚMEROS BENEFÍCIOS E EVITANDO

TÉCNICAMENTE OS SEUS DANOS.

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CURSO


FIM !

OBRIGADO !

Aloysio de Aguiar

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