ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
PMT 2100 -Introdução àCiência dos
Materiais para Engenharia
2º Semestre de 2005
CORROSÃO E DEGRADAÇÃO
DOS MATERIAIS
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Corrosão e Degradação de Materiais: Custos, Mecanismos e Prevenção, Notas de aula de Engenharia Civil
Este documento, oriundo do departamento de engenharia metalúrgica e de materiais da escola politécnica da universidade de são paulo, aborda os custos diretos e indiretos associados à corrosão e degradação de materiais de engenharia, além de discutir os mecanismos de deterioração e prevenção para diferentes tipos de materiais, como metais, cerâmicas e polímeros. Também são apresentados diagramas potenciais de eletrodo-ph e conceitos de proteção catódica.
Tipologia: Notas de aula
Antes de 2010
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ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
PMT 2100 - Introdução à Ciência dos
Materiais para Engenharia
2º Semestre de 2005
CORROSÃO E DEGRADAÇÃO
DOS MATERIAIS
CICLO DE VIDA DOS MATERIAIS DE ENGENHARIA
Importância econômica
• custos diretos corretivos ( C dc)
• custos diretos preventivos ( C dp)
• custos indiretos ( C in)
• custo total ( C tot):
• C tot = C dc + C dp + C in
• Aumento de Cdp normalmente diminui o Ctot
• Existe semelhança com os custos da saúde
CUSTOS DIRETOS
• CUSTOS CORRETIVOS (Cdc)
- reparos
- reposição de material
• CUSTOS PREVENTIVOS (Cdp)
- revestimentos (pintura e outros )
- material resistente à corrosão
- proteção catódica
- inibidores de corrosão
- desumidificação de armazém
- superdimensionamento
CUSTO DA CORROSÃO
- Custos totais (Ct) de 3 a 4% do PNB
- Custos evitáveis: 15-30 % de Ct
- no Brasil: PNB ≈ US$ 550 bilhões
- Ct = US$ 16-22 bilhões/ano
- Custos evitáveis estimados: ∼ US$ 5 bilhões/ano
IMPORTÂNCIA SOCIAL DA
DETERIORAÇÃO
- Acidentes (perda de vidas ou invalidez): queda de pontes e
aviões, explosão de caldeiras, vazamento de oleodutos (Vila
Socó).
- Contaminação (deterioração da saúde): canalizações de
chumbo, alambiques de cobre.
- Insalubridade: umidade causada por vazamentos,
vazamento de produtos tóxicos (p.ex.gás).
- Economia popular: produtos de consumo de durabilidade
comprometida pela deterioração.
PRINCIPAIS REAÇÕES EM CORROSÃO
- ANÓDICAS:
- dissolução via íon aquoso : Fe→ Fe^2 ++ ze
- passivação : 2 Cr + 3 H 2 O →Cr 2 O 3 + 6 H+ + 6 e
- dissolução via íon hidrolizado : Al + 2 H 2 O → AlO^22 - + 4 H+ + 2 e Fe + 3H 2 O →Fe(OH)- 3 + 3 H+ + 2 e
- CATÓDICAS:
- redução do hidrogênio : H+ + e →^12 H 2 (gás)
- redução do oxigênio : O 2 + 2 H O + 4 2 e → 4 OH-
Processo corrosivo
- Um processo corrosivo consiste
na ocorrência simultânea de pelo
menos uma reação anódica e de
pelo menos uma reação catódica.
A carga elétrica produzida na
reação anódica é totalmente
absorvida pela reação catódica.
- Se a solução é uma boa
condutora, o metal que sofre
corrosão assume um potencial de
eletrodo, que é chamado
potencial de corrosão.
Zn → Zn^2 + + 2 e
2 H +^ + 2 e →H 2 ( gás)
Diagramas potencial de eletrodo - pH
- Também conhecidos como Diagramas de Pourbaix, são
diagramas de fase isotérmicos que indicam as regiões de
estabilidade das reações eletroquímicas em função do potencial
de eletrodo e do pH.
- Nestes diagramas as retas correspondem às condições de
equilíbrio dessas reações.
- Retas horizontais não envolvem reações dependentes de H+^ ou
OH-^ (não dependem de pH).
- Retas verticais correspondem a reações não eletroquímicas
(não dependem do potencial de eletrodo).
- Retas inclinadas correspondem a reações eletroquímicas que
envolvem H+^ ou OH-.
Diagrama de Pourbaix para o sistema Fe-H^14
2 O a 25
oC e
concentrações iônicas de 10-6^ M
- A partir do diagrama de Pourbaix é possível prever possíveis estratégias de proteção contra a corrosão.
- Assim, para o ferro sofrendo corrosão no ponto A do diagrama, pode-se aplicar as seguintes proteções:
- Diminuição do potencial de corrosão para < -0,62 V: o Fe ficará na região de imunidade ( proteção catódica ).
- Aumento do potencial de corrosão para > 0,4 V: o Fe se passivará ( proteção anódica ).
- Aumento de pH para acima As linhas tracejadas correspondem ao de 7: o Fe se passivará. equilíbrio das reações de redução do oxigênio (superior) e do hidrogênio (inferior)
Prevenção da Corrosão com Revestimento
Metálico Anódico
Um revestimento de zinco aplicado sobre aço confere-lhe proteção
por barreira e, além disso, protege o aço exposto em pequenas
falhas pelo mecanismo de proteção catódica.
- Corrosão generalizada
- Corrosão atmosférica
- Corrosão por líquidos
- Corrosão galvânica
- Corrosão localizada
- Corrosão por pite
- Corrosão em fresta
- Corrosão intergranular
- Corrosão seletiva
- Corrosão grafítica
- Dezincificação
- Corrosão microbiológica
- Corrosão por correntes de fuga
- Corrosão filiforme
- Corrosão associada a tensões
mecânicas
- Corrosão sob-tensão
- Fadiga sob corrosão
- Erosão - corrosão
- Cavitação - corrosão
- Corrosão por atrito
Principais tipos de corrosão
Corrosão localizada
- Corrosão por pite: Ocorre em metais passivos na presença de íons cloreto. Os íons cloreto rompem localizadamente a película passiva. Como as condições são de estagnação no interior do pite, forma-se aí uma solução ácida, o que possibilita um rápido crescimento do pite para o interior do material.
•Corrosão em fresta: ocorre em frestas nas quais a solução consegue penetrar. As condições estagnadas e o empobrecimento em oxigênio favorecem o enriquecimento em íons cloreto, os quais acabam rompendo a película passiva. Passa-se então a ter um mecanismo semelhante ao da corrosão por pite.
Corrosão intergranular
A corrosão intergranular ocorre nos contornos de grão. Por causa deste tipo de corrosão, uma amostra pode se desintegrar pelo desprendimento dos grãos. Nos aços inoxidáveis ela é causada pela precipitação de carbonetos de cromo nos contornos de grão, a qual provoca empobrecimento em cromo nas regiões vizinhas (sensitização).
Com o teor de cromo atingindo teores inferiores a 12%, a passividade dessas regiões fica comprometida, e o aço sofre dissolução seletiva.