Prevenção da Corrosão - GECEAgecea.ist.utl.pt/Ensino/IPS/PrevencaoIPS.pdf · com formação de...
-
Upload
truongdang -
Category
Documents
-
view
214 -
download
0
Transcript of Prevenção da Corrosão - GECEAgecea.ist.utl.pt/Ensino/IPS/PrevencaoIPS.pdf · com formação de...
Corrosão e Protecção
Prevenção da Corrosão
Docente: João Salvador FernandesInstituto Superior Técnico
Lab. de Tecnologia Electroquímica
2João Salvador – IST 2005
Prevenção da Corrosão
Selecção de Materiais
Design de Materiais
Modificação do Meio Corrosivo
Modificação do Potencial do Sistema
Protecção por Revestimentos
3João Salvador – IST 2005
Selecção de Materiais
Selecção de Materiais
Metais e Ligas
Uso de bases de dados para obter a combinação adequada metal/meio
Materiais não-metálicos
borrachas (naturais ou sintéticas)plásticoscerâmicoscarbono e grafite madeira
4João Salvador – IST 2005
Design de Materiais
Design (projecto) de Materiais
evitar acumulação de líquidos
evitar formação de interstícios
evitar a formação de pares galvânicos
evitar tensões mecânicas elevadas
evitar tubagens com curvas apertadas(corrosão-erosão)
prever a necessidade de manutenção (pintura, limpeza) /reparação / substituição
sobredimensionar as espessuras, para compensar a redução futura, devida à corrosão
5João Salvador – IST 2005
Design de Materiais
6João Salvador – IST 2005
Design de Materiais
7João Salvador – IST 2005
Modificação do Meio Corrosivo
Modificação do Meio Corrosivo
diminuição da temperatura (excepções)
diminuição da velocidade dos fluidos corrosivos (excepções)
alteração da concentração dos agentes corrosivos
remoção do oxigénio ou oxidantes
uso de inibidores de corrosão
8João Salvador – IST 2005
Modificação do Potencial do Sistema
IMUNIDADE
PASSIVAÇÃO
CORROSÃO
b
a
Protecção Catódica
9João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica - Fundamentos
Exemplo: ferro e zinco isolados (em solução de HCl)
Dissolução do zinco
Zn FeDissolução
do ferro
Libertação de hidrogénio
Libertação de hidrogénio
10João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica - Fundamentos
Exemplo: ferro e zinco em contacto (em solução de HCl)
Dissolução do zinco
Libertação de hidrogénio
FeZn
H+Zn2+
e-
Ânodo Cátodo
11João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica - Factos
Sir Humphry Davy (1824)Primeiros estudos, na Royal Society (Fe e Cu)
Aplicação ao primeiro navio (HMS Samarang)
Estados UnidosInicia-se no século XIX a construção de pipelines
1920-1930 ⇒ começam a surgir falhas por corrosão
Anos 30 ⇒ inicia-se a protecção (revestimentos e protecção catódica)
1936 ⇒ surge a Mid-Continent Cathodic Protection Association ⇒ NACE
Hoje ⇒ obrigatório o uso de CP em tanques e pipelines enterrados
Bahrain1º sistema de protecção catódica em 1939
Portugal ????????????
12João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica - Tipos
Correntes Impostas
Ânodos Sacrificados
Protecção Catódica - Tipos
13João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica – Correntes Impostas
Correntes Impostas
Ânodo usualmente inerte (Pt, Pb, C, Ni, Ti, Ti/Pt)
14João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica – Correntes Impostas
15João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica – Correntes Impostas
RectificadorRectificador
16João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica – Sacrificial
Ânodos Sacrificiais
Ânodo de metal menos nobre: Mg, Zn, Al protegem o aço
Ânodo de Magnésio
17João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica – Sacrificial
Ânodos Sacrificiais (cont.)
Protecção catódica por ânodos sacrificiais de um termoacumulador de uso doméstico
18João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica - Instalação
montagem darede de Ti
Instalação dos cabos de ligação
Adequado a estruturas de
grandesdimensões
19João Salvador – IST 2005
Protecção Conjugada
Protecção Conjugada
20João Salvador – IST 2005
Protecção Catódica
BibliografiaPeabody, A.W., “Control of Pipeline Corrosion”, NACE (1967)
Morgan, J., “Cathodic Protection”, 2nd Ed., NACE (1993)
“Corrosion”, 2nd Volume, Shreir, L.L., Jarman, R.A., Burstein, G.T., Edts, 3rd Ed., Butterworth Heinemann (1993)
21João Salvador – IST 2005
Revestimentos
Revestimentos
Camada superficial com propriedades diferentes das do metal-base
Classificação:
Orgânicos
Inorgânicos, metálicos
22João Salvador – IST 2005
Revestimentos Orgânicos
Revestimentos Orgânicos
Consistem numa barreira, constituída por resinas orgânicas (e outros aditivos) entre o material a proteger e o meio
Têm a propriedade de formar um filme (película sólida)contínuo e aderente ao substrato.
O processo mais comum de formação de películas orgânicas consiste na transformação de monómeros ou de polímeros lineares em polímeros tridimensionais
23João Salvador – IST 2005
Revestimentos Orgânicos
Tinta:
Produto pigmentado, normalmente aplicado na forma líquida sobre uma superfície
Ao secar, forma uma película sólida e insolúvel em água, aderente e opaca, com características protectoras ou apenas decorativas
Verniz:
Semelhante à tinta, mas normalmente sem pigmento, pelo que a sua principal característica é a transparência, formando películas mais ou menos duras e brilhantes
24João Salvador – IST 2005
Revestimentos Orgânicos
Protecção por Pintura:
Protecção activa:
efeito inibidor
protecção catódica
etc...
Protecção Passiva:
efeito barreira
25João Salvador – IST 2005
Revestimentos Metálicos
Revestimentos Metálicos - Classificação:Quanto ao método de aplicação
Quanto ao seu efeito protectorapenas efeito barreira (revestimentos mais nobres que o metal)
efeito barreira associado a protecção catódica (revestimentos menos nobres que o metal)
técnicas de vácuo (deposição de vapor, implantação iónica,...)
via química
difusão
imersão
folheação
projecção
electrodeposição
26João Salvador – IST 2005
Revestimentos Metálicos
Electrodeposição:Revestimento muito fino e livre de poros
Utiliza uma célula electrolíticasolução contendo os iões do metal a depositar
ânodos inertes ou do metal a depositar
Variáveis:Temperatura, densidade de corrente, tempo, composição da solução, etc
Exemplos:Revestimentos de ouro, prata, cobre, estanho, cádmio (!!!), zinco, ...
Niquelagem dos aços
Aços cromados:cobreagem (aderência)
niquelagem (protecção)
cromagem (protecção + efeito decorativo)
27João Salvador – IST 2005
Revestimentos Metálicos
Projecção (metalização):Utiliza uma pistola com 3 zonas:
Materiais usados
zinco, alumínio, ligas zinco-alumínio
Revestimentos porosos
podem ser posteriormente pintados
Preparação de superfícies
Aplicação in-situ (pontes e outras super-estruturas...)
alimentação de combustível (acetileno) e ar comprimido
fusão do metal (fio ou pó)
projecção
28João Salvador – IST 2005
Revestimentos Metálicos
Folheação (cladding):Aplicação de uma folha fina de material a proteger
Permite combinar as propriedades estruturais do material-base com a resistência à corrosão do material de revestimento
Produzido por laminagem (rolling) simultâneo do material a proteger e da(s) película(s) protectora(s)
Utiliza-se frequentemente a laminagem a quente
Exemplo:
ligas de alumínio (duralumínios) ⇒ ALCLAD
29João Salvador – IST 2005
Revestimentos Metálicos
Imersão (hot dipping):é o mais antigo método de revestimento e um dos mais usados
o seu exemplo mais comum é a galvanização:
imersão de aço em banho de Zn fundido (445-460°C)
difusão superficial no material a proteger, com formação de várias camadas de liga bimetálica Fe-Zn e uma camada exterior de zinco
revestimentos espessos (não se conseguem revestimentos finos) e não uniformes (75-100µm)
não há limitações de geometria
pode ser pintado (após fosfatação ou depois de um período de “envelhecimento” do galvanizado)
30João Salvador – IST 2005
Revestimentos Metálicos
Difusão:envolve um tratamento térmico que leva à difusão de um metal (normalmente em pó) no outro (metal-base)
o processo mais conhecido é o da “Sherardização”:
difusão de zinco em pó sobre peças de aço ou ferro
utilizado em peças de pequenas dimensões (porcas, parafusos)
utiliza um tambor rotativo
temperaturas de 350-400°C
revestimentos semelhantes aos obtidos por galvanização
31João Salvador – IST 2005
Revestimentos Metálicos
Via química (deposição electroless):
322
3
-2rcatalizado22
rcatalizado2
rcatalizado23222
NiHPONiHPO (4)
POHOHHPOH(3)
2HNiH2Ni(2)
H2HPOHOHPOH(1)
→+
++→+
+→+
++→+
+−
−
++
−+−
hipofosfito ortofosfito
η ≈ 38%
difere da electrolítica por não necessitar de corrente eléctrica
metais depositados: Ni, Co, Cu, Pd, Au, ...
deposição de níquel (niquelagem química):
32João Salvador – IST 2005
Técnicas de (alto) vácuo:
⇒ materiais de pequenas dimensões
⇒ os produtores de equipamento afirmam estar em condições de produzir equipamento para uso em linhas de produção
preço elevado ⇒ utilizam-se para “peças críticas” (indústria da defesa, implantes metálicos)
câmara de vácuo
Revestimentos Metálicos
deposição de vapor:vapor do metal produzido por aquecimento/vaporização ou sputteringdeposição por efeito de um campo eléctrico aplicado
implantação iónicaiões provenientes de um acelerador de partículas chocam com o metal, penetrando nas suas camadas superficiais
a zona afectada pelo processo apresenta composição e propriedades distintas do resto do material
33João Salvador – IST 2005
Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos)
Tratamentos de Conversão:Formação de películas sobre superfícies metálicas, por reacção das suas camadas externas com aniões adequados.
Processos mais comuns:Cromatação ⇒ óxidos e hidróxidos de crómio, cromatos
Fosfatação ⇒ fosfatos
Objectivos:aumentar a resistência à corrosão do metal ou revestimento metálico
aumentar a aderência de tintas ou outros revestimentos orgânicos
efeitos decorativos
34João Salvador – IST 2005
Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos)
Anodização (do alumínio):O alumínio, quando exposto ao ar, forma espontaneamente uma película de óxidos (10-15 nm)
Através da polarização anódica do alumínio, pode promover-se a formação de películas mais espessas de óxido de alumínio
Podem obter-se óxidos espessos (dezenas de µm)
Electrólitos mais comuns:Ácido sulfúrico (15%-20%)
não utilizável em objectos com cavidades ou sujeitos a fadiga mecânica
Ácido Crómico (5%)não apresenta os problemas da anodização sulfúrica
reagentes tóxicos e cancerígenos
Ácido oxálico (3%) ⇐ Alumite (Japão)
35João Salvador – IST 2005
Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos)
Anodização (do alumínio):
Ân
odo
Cát
odo
I
ElectrólitoAlumínio
Camada de
alumina
36João Salvador – IST 2005
Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos)
Anodização (do alumínio):
Secção transversal(200 000 X)
100 nm
Filme de óxido destacado(100 000 X)
200 nm
37João Salvador – IST 2005
Revestimentos Inorgânicos (Não-Metálicos)
Anodização (do alumínio):coloração:
após a anodização, a camada porosa é adequada a receber coloração
usam-se geralmente corantes orgânicos
pode também obter-se coloração durante o processo de anodização
colmatagem:tem como função fechar os poros do anodizado
acima dos 80°C, a alumina monohidratada (Al2O3.H2O) dáorigem à bohmite (Al2O3.3H2O) ⇒ o aumento de volume daíresultante leva à colmatagem dos poros
a colmatagem pode efectuar-se por imersão em água fervente, usando vapor ou ainda em soluções ferventes com inibidores.