IOPE Corrosão 1

29/04/2015 Literatura

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Os artigos integrantes desta seção compõem um conjunto de material didáticoespecífico, abordando de um modo objetivo e simples "O que é corrosão", para queestudantes e outros interessados possam ter um conhecimento geral sobre oassunto.

Uma abordagem geral Artigos elaborados por

Gutemberg de Souza Pimenta

1 Conceito de Corrosão.

A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química oueletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos. Aose considerar o emprego de materiais na construção de equipamentos ouinstalações é necessário que estes resistam à ação do meio corrosivo, além deapresentar propriedades mecânicas suficientes e características de fabricaçãoadequadas. A corrosão pode incidir sobre diversos tipos de materiais, sejammetálicos como os aços ou as ligas de cobre, por exemplo, ou não metálicos, comoplásticos, cerâmicas ou concreto. A ênfase aqui descrita será sobre a corrosão dosmateriais metálicos. Esta corrosão é denominada corrosão metálica. Dependendodo tipo de ação do meio corrosivo sobre o material, os processos corrosivos podemser classificados em dois grandes grupos, abrangendo todos os casos deterioraçãopor corrosão:

Corrosão Eletroquímica Corrosão Química.Os processos de corrosão eletroquímica são mais freqüentes na natureza e secaracterizam basicamente por:

Necessariamente na presença de água no estado líquido;Temperaturas abaixo do ponto de orvalho da água, sendo a grande maioriana temperatura ambiente;Formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétronsna superfície metálica.

Em face da necessidade do eletrólito conter água líquida, a corrosão eletroquímicaé também denominada corrosão em meio aquoso. Nos processos de corrosão, osmetais reagem com os elementos não metálicos presentes no meio, O2, S, H2S,CO2 entre outros, produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza,dos quais foram extraídos. Concluise, portanto, que nestes casos a corrosãocorresponde ao inverso dos processos metalúrgicos, vide figura 1

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FIGURA 1

Os processos de corrosão química são, por vezes, denominados corrosão ouoxidação em altas temperaturas. Estes processos são menos freqüentes nanatureza, envolvendo operações onde as temperaturas são elevadas. Tais processos corrosivos se caracterizam basicamente por: ausência da água líquida; temperaturas, em geral, elevadas, sempre acima do ponto de orvalho da água; interação direta entre o metal e o meio corrosivo.

Como na corrosão química não se necessita de água líquida, ela também édenominada em meio não aquoso ou corrosão seca. Existem processos de deterioração de materiais que ocorrem durante a sua vidaem serviço, que não se enquadram na definição de corrosão. Um deles é odesgaste devido à erosão, que remove mecanicamente partículas do material.Embora esta perda de material seja gradual e decorrente da ação do meio, temseum processo eminentemente físico e não químico ou eletroquímico. Podeseentretanto ocorrer, em certos casos, ação simultânea da corrosão, constituindo ofenômeno da corrosãoerosão.

Outro tipo de alteração no material que ocorre em serviço, são as transformaçõesmetalúrgicas que podem acontecer em alguns materiais, particularmente emserviço com temperaturas elevadas. Em função destas transformações aspropriedades mecânicas podem sofrer grandes variações, por exemploapresentando excessiva fragilidade na temperatura ambiente. A alteração naestrutura metalúrgica em si não é corrosão embora possa modificar profundamentea resistência à corrosão do material, tornandoo, por exemplo, susceptível àcorrosão intergranular. Durante o serviço em alta temperatura pode ocorrertambém o fenômeno da fluência, que é uma deformação plástica do materialcrescente ao longo do tempo, em função da tensão atuante e da temperatura.

3 Meios Corrosivos

Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis peloaparecimento do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente condutoraconstituída de água contendo sais, ácidos ou bases.

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



solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solosapresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constituiseprincipalmente da água com sais dissolvidos;

águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem conter saisminerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentesdiversos e gases dissolvidos. O eletrólito constituise principalmente da água comsais dissolvidos. Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo;

água do mar: estas águas contêm uma quantidade apreciável de sais. Umaanálise da água do mar apresenta em média os seguintes constituintes em gramaspor litro de água:

Cloreto (Cl) 18,9799

Sulfato (SO ) 2,6486Bicarbonato (HCO ) 0,1397Brometo (Br) 0,0646

Fluoreto (F) 0,0013Ácido Bórico(H3BO3)

0,0260

Sódio (Na+) 10,5561

Magnésio (Mg2+) 1,2720

Cálcio (Ca2+) 0,4001

Potássio (K+) 0,3800

Estrôncio (Sr 2+) 0,0133

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

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

4 Reações no Processo Corrosivo Produtos de Corrosão

As reações que ocorrem nos processos de corrosão eletroquímica são reações deoxidação e redução.

As reações na área anódica (anodo da pilha de corrosão) são reações de oxidação.

A reação mais importante e responsável pelo desgaste do material é a depassagem do metal da forma reduzida para a iônica (combinada).

(responsável pelo desgaste do metal)As reações na área catódica (cátodo da pilha de corrosão) são reações de redução.

As reações de redução são realizadas com íons do meio corrosivo ou,eventualmente, com íons metálicos da solução.

As principais reações na área catódica são:



As reações catódicas mais comuns nos processos corrosivos são "a", "b" e "c" asreações "d" e "e" são menos freqüentes, a última aparece apenas em processos deredução química ou eletrolítica.

Serão detalhados a seguir as reações catódicas apresentadas anteriormente e queocorrem em meios neutros ou aerados e não aerados. Reações catódicas em meioneutro aerado:

Reações catódicas em meio neutro nãoaerado:

Conclusões Importantes:

Das reações catódicas acima podese tirar algumas importantes conclusões:

A região catódica tornase básica (há uma elevação do pH no entorno daárea catódica).Em meios não aerados há liberação de H2, o qual é absorvido na superfície eresponsável pela sobretensão ou sobrevoltagem do hidrogênio. Estefenômeno provoca o retardamento do processo corrosivo e chamasepolarização catódica.Em meios aerados há o consumo do H2 pelo O2, não havendo asobrevoltagem do hidrogênio. Neste caso não há, portanto, a polarizaçãocatódica e haverá, consequentemente, a aceleração do processo corrosivo.

A composição do eletrólito na vizinhança do catodo é dependente de difusão dooxigênio no meio e da velocidade de renovação do eletrólito. Deste modo épossível a ocorrência da reação "a" em meios aerados, caso o fluxo de elétronschegando ao catodo seja muito elevado. Um exemplo é o caso da superproteçãocatódica em água do mar onde a reação "c", que normalmente ocorre, pode sersobrepujada pela reação "a". Um sério inconveniente é a possibilidade deocorrência do fenômeno de fragilização pelo hidrogênio produzindo trincas e/ou adiminuição da vida à fadiga.



Observação: Em meios ácidos haverá um decréscimo da acidez no entorno da área catódica eem meios básicos haverá um acréscimo da alcalinidade no entorno da áreacatódica.

Os produtos de corrosão nos processos eletroquímicos são, em geral, resultantesda formação de compostos insolúveis entre o íon do metal e o íon hidroxila. Oproduto de corrosão é portanto, na grande maioria dos casos hidróxido do metalcorroído, ou óxido hidrato do metal.

Quando o meio corrosivo contiver outros íons poderá haver a formação de outroscomponentes insolúveis e o produto de corrosão pode ser constituído de sulfetos,sulfatos, cloretos, dentre outras.

5 Polarização Passivação Velocidade de Corrosão

5.1 POLARIZAÇÃO

Polarização é a modificação do potencial de um eletrodo devido a variações deconcentração, sobrevoltagem de um gás ou variação de resistência ôhmica.

Caso não houvesse o efeito do fenômeno da polarização a corrente entre anodos ecatodos seria muito mais elevada, à semelhança de um quase curto circuito. Istose daria porque as resistências elétricas do metal e do eletrólito são muito baixas,restando apenas as resistências de contato dos eletrodos.

Os fenômenos de polarização promovem a aproximação dos potenciais das áreasanódicas e catódicas e produzem aumento na resistência ôhmica do circuito,limitando a velocidade do processo corrosivo.

Graças a existência destes fenômenos as taxas de corrosão observadas na práticasão substancialmente inferiores àquelas que ocorreriam caso as pilha de corrosãofuncionassem ativamente em todas as condições dos processos corrosivos.

Quando as reações de corrosão são controladas predominantemente porpolarização nas áreas anódicas : dizse que a reação de corrosão é controladaanodicamente e que o eletrodo está sob o efeito de uma polarização anódica.

Quando as reações de corrosão são controladas predominantemente porpolarização nas áreas catódicas: dizse que a reação é controlada catodicamentee que o eletrodo está sob o efeito de uma polarização catódica.

Quando é controlada pelo aumento de resistência de contato das áreas anódicas ecatódicas: dizse que a reação é controlada ohmicamente.

De modo geral temse um controle misto das reações de corrosão.

São basicamente três as causas de polarização:

A POLARIZAÇÃO POR CONCENTRAÇÃO

Este tipo de polarização ocorre freqüentemente em eletrólitos parados ou compouco movimento.

O efeito de polarização resulta do aumento de concentração de íons do metal emtorno da área anódica (baixando o seu potencial na tabela de potenciais) e ararefação de íons H+ no entorno da área catódica.

Caso o eletrólito possua movimento ambas as situações não devem acontecer.



B POLARIZAÇÃO POR ATIVAÇÃO

Este tipo de polarização ocorre devido a sobrevoltagem de gases no entorno doseletrodos.

Os casos mais importantes no estudo da corrosão, são aqueles em que háliberação de H2 no entorno do catodo ou do O2 no entorno do anodo.

A liberação de H2 no entorno do catodo é denominada polarização catódica eassume particular importância como fator de controle dos processos corrosivos.

Em eletrólitos pouco aerados o H2 liberado e absorvido na área catódica provocauma sobretensão ou sobrevoltagem do hidrogênio capaz de reduzir sensivelmentea agressividade do meio. Podendose considerar por este fato a corrosão do açodesprezível na presença de água doce ou salgada, totalmente desaerada.

A sobrevoltagem do hidrogênio foi estudada por Tafel estabelecendo a seguinteequação:

onde:

I

sobrevoltagem do hidrogênio, em V; , em V e , em A/cm2 constantes que dependem do metal e do meio; densidade de corrente aplicada que provoque a sobrevoltagem , em A/cm2.

Figura 01 Curva de TAFEL Sobre voltagem em função da densidade de corrente

C POLARIZAÇÃO ÔHMICA

A polarização ôhmica ocorre devido a precipitação de compostos que se tornaminsolúveis com a elevação do pH no entorno da áreas catódicas.

Estes compostos são principalmente carbonatos e hidróxidos que formam umrevestimento natural sobre as áreas catódicas, principalmente carbonato de cálcioe hidróxido de magnésio.

Continua

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