Corrosão e degradação de materiais

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Corrosão e
degradação de
materiais
Materiais para Indústria
Pontos para direcionamento
 Por que ocorre corrosão?
 Quais metais são mais propensos a corroer?
 Como temperatura e condições ambientais
podem afetar a corrosão?
 Como a corrosão pode ser minimizada/evitada? 2
Introdução
• A maioria dos materiais apresenta algum tipo de interação com um
grande número de ambientes diferentes.
• Estas interações comprometem a utilidade do material como
resultado da deterioração de suas:
• Propriedades mecânicas:
• Ductilidade
• Resistência
• Propriedades físicas
• Aparência
Introdução
• Mecanismo de deterioração para os três tipos de materiais:
• Metais
• Perda efetiva de material, por dissolução (corrosão) ou pela formação
de incrustação ou filme não metálico (oxidação).
• Cerâmicos:
• Deterioração do material geralmente sob temperaturas elevadas ou em
ambientes extremos (corrosão).
• Polímeros:
• Dissolução quando expostos à solvente líquido, absorção do solvente
com inchamento, ação de radiações eletromagnéticas (ultravioleta) e
do calor causam alterações na estrutura do polímero (degradação).
Corrosão de metais
• Definição:
• Ataque eletroquímico destrutivo e não intencional que se inicia na
superfície de um metal.
• Proporções econômicas da corrosão metálica:
• 5% das receitas de uma nação industrializada são gastos na
• prevenção da corrosão e
• manutenção ou substituição de produtos perdidos ou contaminados com
resultado de reações de corrosão.
• Consequências comuns da corrosão
• Ferrugem em carrocerias, radiadores, componentes de exaustão de
automóveis
Corrosão de metais
• Os processos de corrosão também são aplicados ocasionalmente de
forma positiva:
• Procedimentos de ataque químico que antecedem as análises de MEV
• Fazem uso da reatividade química seletiva dos contornos de grãos ou dos
vários constituintes microestruturais.
Seleção de Materiais
Selecionar um material com inadequada resistência à corrosão
para uma determinada aplicação, pode ser um oneroso e
lamentável erro.
 perda de qualidade na aparência
 elevação do custo de manutenção
 interrupção do funcionamento
 contaminação de produtos
 perda de produtos em processamento ou processados
 redução da segurança
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Para a escolha de um material é preciso saber a sua
compatibilidade com o meio no qual irá ser empregado. Para
isso algumas perguntas são importantes:
 Quais os agentes corrosivos do processo e qual a
concentração?
 Qual a temperatura do processo?
 Se houver fluxo, qual a velocidade?
O Engenheiro deve:
Saber como evitar condições de corrosão severa e
proteger adequadamente os materiais contra a corrosão
Seleção de Materiais X Problemas da corrosão
9
Definições básicas
A corrosão pode ser definida como um processo
de destruição do material pela ação do meio-
ambiente.
Corrosão é um processo natural e resulta da inerente
tendência dos metais reverterem para sua forma mais
estável normalmente óxidos.
Navio “Al Capone”, na costa de Bimini. Foto L.M.
Maestas, Sandia National Labs. (retirada da
apresentação do Callister -2ª ed)
10
Praticamente todos os meio-ambientes são corrosivos (em
menor ou maior grau)
meio gasoso: atmosfera rural, marítima ou urbana, atmosfera
limpa ou poluída, gases químicos;
meio líquido: água doce e água do mar, água pura e água
poluída, soluções químicas aquosas, produtos químicos
orgânicos e inorgânicos líquidos;
meio sólido: solo seco ou úmido, solo natural ou solo poluído,
substâncias químicas sólidas.
Definições básicas
 Um determinado meio pode ser extremamente 
agressivo, sob o ponto de vista da corrosão, para um 
determinado material e inofensivo para outro.
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Definições básicas
A velocidade de corrosão de um metal não pode ser
especificada, sem se mencionar as condições do meio
predominante durante a corrosão:
Composição – pH – temperatura – pressão – velocidade –
radiação
Exemplos da importância do meio:
- A velocidade de oxidação de ligas à base de zircônio em
oxigênio a 350 oC é baixa. O óxido formado sobre a superfície
das ligas de zircônio é escuro, aderente e protetor. Em
temperaturas maiores que 750oC entretanto, a velocidade de
oxidação é muito alta, e o óxido formado é cinza ou branco, e
não protetor.
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Processos de corrosão
Os mecanismos exatos de corrosão e de oxidação variam
para os diferentes metais e meios corrosivos, mas a
natureza é eletroquímica.
Segundo Gentil* a corrosão ocorre devido a reações do
material com o meio onde ele se encontra, dando origem a
uma interação de eletricidade e de transformações
químicas.
Corrosão é uma transformação química destrutiva do metal,
que é ocasionada por fluxo de elétrons.
* Gentil V. Corrosão, Rio de Janeiro: LCT, 2003.
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Considerações eletroquímicas
• O processo de corrosão eletroquímico consiste em uma reação
química na qual há uma transferência de elétrons de uma espécie
química para outra.
• Metais perdem ou cedem elétrons reação de oxidação
• Local onde ocorre a oxidação ou reação anódica anodo
• Os elétrons gerados de cada átomo de metal oxidado devem ser
transferidos para outra espécie química reação de redução.
• Local onde ocorre a redução catodo
  neMM n
Considerações eletroquímicas
• Exemplo de reação de redução:
• em soluções ácidas
• em soluções ácidas contendo oxigênio
• em soluções aquosas neutras ou básicas com oxigênio dissolvido.
• de íons metálicos em solução
222 HeH 

OHeHO 22 244 

)(442 22
  OHeOHO
MneM
MeM
n
nn



 )1(
Considerações eletroquímicas
• Reação eletroquímica global:
• Reação de oxidação Semi reações
• Reação de redução
• Potencial de eletrodo:
• Nem todos os materiais metálicos se oxidam para formar íons com o
mesmo grau de facilidade.
• Os materiais metálicos podem ser classificados de acordo com sua
tendência em sofrer oxidação quando são acoplados a outros metais
em solução dos seus respectivos íons.
• Potenciais de eletrodo:
Solução de 
Cu2+ 1 M
fe
rr
o
, 
F
e
Fe
2+
2e-
Solução de 
Fe2+ 1 M
e-e-
Cu
2+
ne--
c
o
b
re
, 
C
u
membrana
  22 FeCu FeCu
Solução de 
Cu2+ 1 M
0,780 V
+-
Cu 2eCu -2 -2 2e Fe Fe  
(Anodo) (Catodo)
Considerações eletroquímicas
Par galvânico – dois metais que
estão conectados eletricamente
em um eletrólito líquido, no qual
um metal torna-se o anodo e
sofre corrosão, enquanto o
outro atua como catodo.
Pilha galvânica cobre-ferro
• Potenciais de eletrodo:
Fe2+
2e-
e- e-
P
la
ti
n
u
m
Zn2+
-
Solução de 
Fe2+ 1 M
Solução de 
Zn2+ 1 M
fe
rr
o
, 
F
e
2e
membrana
0,323 V
+ -
(Anodo)(Catodo)
  22 ZnFe ZnFe
Fe 2eFe -2  -2 2e ZnZn  
Considerações eletroquímicas
Pilha galvânica ferro-zinco
Semipilha padrão – um eletrodo de
um metal puro imerso em uma
solução 1M dos seus íons a 250C.
Considerações eletroquímicas
• Série de potenciais de eletrodo padrão
F
▫ Eletrodo padrão de hidrogênio:
 Eletrodo inerte de platina imerso em
solução 1M de íons H+, saturado com gás
hidrogênio que é borbulhado através da
solução à 1atm e 250C.
 Platina não participa da reação,
superfície sobre a qual:
 Átomos de H podem ser oxidados
 Íons de H podem ser reduzidos
Considerações eletroquímicas
• Série de potenciais de eletrodo padrão
F
Semi-reações de
redução
Potencial global ΔV0
Soma dos potenciais
das semi-reações
ΔV0 >0 reação
espontânea
ΔV0 <0 reação não
espontânea
Considerações eletroquímicas
• Influência da concentração e da temperatura sobre o potencial da
pilha
• R – constante dos gases
• n – número de elétrons que participa em cada reação
• F – const. de Faraday – 96.500 C/mol
• [Mn+] – concentrações molares dos íons.
• T- temperatura absoluta (kelvin)
F
][
][
ln
0592,0
)(
][
][
ln)(
o
anodo
o
catodo
o
anodo
o
catodo
catodo
n
anodo
n
catodo
n
anodo
n
M
M
n
VVV
M
M
nF
RT
VVV






(Equação de Nerst)
Considerações eletroquímicas
• Série Galvânica
• Classificação maisprática
e realista.
• Representa as
reatividades relativas de
diversos metais e ligas
comerciais na água do
mar.
F
Considerações eletroquímicas
• A maioria dos metais e ligas está sujeita à oxidação ou à corrosão
em maior ou menor grau em uma ampla variedade de ambientes.
• São mais estáveis em um estado iônico que como metais.
F
Considerações eletroquímicas
• Termodinâmica explica:
• Diminuição líquida da energia livre ao ir de um estado metálico para
estados oxidados.
• Consequência: na natureza metais ocorrem como compostos – óxidos,
hidróxidos, carbonatos, silicatos, sulfetos e sulfatos.
• Exceção: ouro e platina – existem na natureza no estado metálico.
F
Classificação do processo de corrosão
Natureza do meio corrosivo
Úmido
Seco (gases a altas temperaturas)
Mecanismo de corrosão
Reações químicas diretas
Reações eletroquímicas
Aspecto do metal corroído
Corrosão uniforme
Corrosão localizada
Processos de corrosão
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Corrosão uniforme
Apresenta-se na forma de um ataque uniforme
sobre toda a superfície de uma grande região da
peça; a peça aos poucos tem a secção transversal
corroída e reduzida na espessura até a falha
completa de funcionamento.
Esse tipo de corrosão é o mais comum e é
responsável pela maior perda de material metálico
por processo corrosivo.
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Exemplo da corrosão uniforme do ferro em ambiente úmido
Corrosão uniforme
37
Exemplos de corrosão uniforme
Corrosão uniforme
38
Ocorre quando dois diferentes
metais estão em contato em um
meio fluido condutor iônico;
Formação de uma pilha entre os
metais ou ligas que possuem
diferentes tendências à oxidação
(potencial de oxidação/redução);
No anodo ocorre uma reação de
oxidação (corrosão do material) e no
catodo, uma reação de redução.
catodo: 1/2O2 + 2e
- + 2H2O → 2OH
-
anodo: Me → Me++ + 2e-
Corrosão galvânica
A
n
o
d
o
 
C
at
o
d
o
 
elétrons
39
A corrosão galvânica pode ser prevista com
base nos potenciais de oxidação/redução dos
metais chamada série galvânica.
Se ligarmos eletricamente dois materiais em um
meio o metal menos nobre irá oxidar (anodo) e o
mais nobre permanecerá intacto (catodo).
Quanto mais positivo o potencial de oxidação,
mais anódico será a sua condição, ou seja, mais
sujeito à corrosão.
Corrosão galvânica
40
 
Comparação entre potenciais eletroquímicos e série galvânica
Corrosão galvânica
41
Corrosão galvânica em telhas de aço galvanizado
(CASTRO)
Corrosão galvânica: aço carbono e válvula de latão.
Corrosão galvânica: aço e conexão de latão.
Corrosão galvânica
42
PREVENÇÃO:
 Selecionar metais (ou ligas) próximos na série galvânica – diferença
nos potenciais ± 0.05V;
 Escolher baixas razões Área catódica / Área anódica;
 Isolar eletricamente os metais quando possível;
 Projetar a estrutura de forma a poder substituir as partes
anódicas;
Corrosão galvânica
43
Corrosão galvânica
Utilize isolantes elétricos entre metais ou ligas 
situadas distantes na série galvânica. 
Os isolantes não devem ser porosos para não 
promover a corrosão por frestas.
Uma outra forma de se proteger da corrosão 
galvânica é através da pintura. Pinte todo o 
conjunto. Caso não seja possível, pinte o 
componente mais nobre do par (o componente 
catódico).
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Lixívia Seletiva
• Ocorre quando um elemento ou constituinte da liga é removido
preferencialmente.
• Grafitização (ferro fundido cinzento)  corrosão preferencial do ferro,
deixando grafita intacta.
• Dezincificação do latão (Cu+Zn)  zinco é lixiviado seletivamente
deixando uma massa porosa de cobre na região.
• Propriedades mecânicas da liga são comprometidas.
• Mudança de coloração (amarelaavermelhada)
• Alumínio, Cobalto e Cromo
Formas de corrosão
Ocorre quando a superfície do metal fica parcialmente protegida
do meio em que se encontra (locais com deficiência de Oxigênio).
Superfície – catodo
 O2
fenda – anodo
 O2
 O2
 O2
 O2
 O2
Exemplos: placas sobre-postas, encostos de arruelas e parafusos,
encosto de rebites e nos depósitos de substâncias estranhas como
areia e produtos de corrosão.
Corrosão por frestas
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As frestas, nesses casos, devem ser bem grandes para permitir a
entrada de líquidos e, ao mesmo tempo, manter esse líquido
estagnado; no caso de depósitos ainda deve-se notar sua
porosidade que permite a penetração e manutenção de líquidos na
região de contato com o metal.
Corrosão por frestas
Me → Me++ + 2e-
O2 + 2H2O + 4e
- → 4OH-
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PREVENÇÃO:
 Usar junções soldadas, em vez de rebitadas ou
aparafusadas;
 Utilização de buchas não-absorventes;
 Remoção frequente de depósitos acumulados de
sujeira;
 No projeto evitar pontos de estagnação.
Corrosão por frestas
48
Corrosão por frestas em suporte de 
tubo de aço.
Corrosão por frestas em junção de tubo de 
aço.
Corrosão por frestas em parafuso de aço.
Corrosão por frestas em parafusos de 
aço.
Corrosão por frestas
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Forma severa de ataque por corrosão localizada;
Destruição extensiva e perda de quantidades significativas
de íons do metal;
Formação de pequenas cavidades/buracos na superfície do
material;
Condições para a formação dos pontos
• Filme passivo
• Meio conter espécies agressivas 
(Cl-)
 
Corrosão por pontos (pites)
50
Passividade
Refere-se à diminuição da reatividade química
experimentada por certos metais e ligas sob
condições particulares em certos meios.
Passividade é simplesmente uma condição
existente na superfície do metal por causa da
presença de um filme protetor (óxido) que diminui
substancialmente a taxa de corrosão.
Os metais se tornam inertes e agem como se 
fossem metais nobres. 
51
Al
Fe a altas temp.
Pb
Cr
Aço inoxidável
Ti
Alumínio com uma superfície de Al2O3
EXEMPLO DE METAIS QUE FORMAM CAMADA PASSIVADORA DE 
ÓXIDO COM PROTEÇÃO EFICIENTE
Passividade
52
Mecanismo
1. Destruição da camada passiva
2. Aumento da dissolução metálica
3. Migração de anions Cl- para a zona da picada.
4. Hidrólise dos íons metálicos, com abaixamento do pH.
5. Interior da picada fica anódico, e a zona circundante 
catódica.
Corrosão por pontos
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Região anódica
Alta densidade de 
corrente
Região catódica Região catódica
Corrosão por pontos
54
Corrosão por pontos em aço inox 
316L
Pontos de corrosão em aço inox 304 
colocado numa solução de HCl
Corrosão por pontos
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Processo corrosivo associado a ação erosiva de um fluido
em movimento numa superfície metálica.
 A ação erosiva sobre um material metálico é mais freqüente
nos seguintes casos:
• quando se desloca um material sólido;
• quando se desloca um líquido contendo partículas sólidas;
• quando se desloca um gás contendo partículas líquidas ou sólidas.
Corrosão erosão
62
 A aparência da superfície atacada é caracterizada pela
presença de riscos, furos arredondados, ondulações e outras
marcas que normalmente se orientam na direção do
escoamento do fluido.
Nesse tipo de corrosão, a velocidade do fluido tem uma
importância notável e o efeito de desgaste se acentua com a
velocidade.
Desgaste maior do que se apenas o processo corrosivo ou
erosivo agisse isoladamente.
 Os produtos da corrosão são retirados da região atacada.
Tubulações, permutadores, pás de turbina.
Corrosão erosão
63
erosão-corrosão num cotovelo de aço numa 
linha de vapor de água
Riscos e ondulações da corrosão-erosão
Corrosão erosão
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Ambientes de corrosão
• Corrosão atmosférica
• Umidade com oxigênio dissolvido, Compostos à base de enxofre, NaCl,
Soluções de ácido sulfúrico diluído (chuva ácida)
• Ligas de alumínio, de cobre e aço galvanizado
• Ambientes aquosos
• Água doce: oxigênio dissovido, minerais
• Água salgada: 3,5% de sal (NaCl), minerais e matéria orgânica
• Corrosão por pites e em frestas
• Aço inoxidável, ferro fundido, alumínio, cobre água doce
• Titânio, latão bronze àgua salgada
• Solos
• Umidade, teor de oxigênio, teores de sais, alcalinidade e acidez, bactérias.
• Ferro fundido, aço carbono
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Ambientes de corrosão
• Ambientes aquosos
•Água doce: oxigênio dissovido, minerais
• Água salgada: 3,5% de sal (NaCl), minerais e matéria
orgânica
• Corrosão por pites e em frestas
• Aço inoxidável, ferro fundido, alumínio, cobre água doce
• Titânio, latão bronze àgua salgada
Efeitos do ambiente
• A taxa de corrosão de um metal não pode ser especificada, sem se
mencionar as condições do meio predominante durante a corrosão:
• velocidade
• Temperatura
• Concentração de espécies corrosivas, exceto para materiais que
podem ser passivados.
• pH
• Pressão
• Radiação
Efeitos do ambiente
• Exemplos da importância do meio:
• A velocidade de oxidação de ligas à base de zircônio em oxigênio a
350 oC é baixa.
• O óxido formado sobre a superfície das ligas de zircônio é escuro,
aderente e protetor.
• Em temperaturas maiores que 750oC entretanto, a velocidade de
oxidação é muito alta, e o óxido formado é cinza ou branco, e não
protetor.
Prevenção da corrosão
• Seleção do metal, ou liga metálica mais adequados a um
determinado meio ambiente.
• Alteração do meio ambiente (diminuição de temperatura e
velocidade de fluxo do fluido, remoção de oxigênio e oxidantes,
alteração de concentração, adoção de inibidores).
• Atenção e cuidado no projeto do sistema mecânico
• evitar gretas, recessos, cantos vivos, cavidades;
• dar bom acabamento superficial;
• usar juntas soldadas (evitar juntas com parafusos);
• metais dissimilares devem ser isolados eletricamente;
• minimizar as superfícies das regiões catódicas;
76
Prevenção da corrosão
• Detalhe de projeto – solda descontínuas
Início de corrosão em soldas descontínuas
77
Prevenção da corrosão
• Detalhes de projeto – evitar cavitação e impingimento
78
Prevenção da corrosão
• Detalhes de projeto – evitar área de estagnação de água
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Prevenção da corrosão
• Isolar o metal do meio agressivo
• revestimentos orgânicos (tintas);
• revestimentos inorgânicos (metais mais nobres, esmaltes, cimentos);
• Revestimentos metálicos
• Finalidades
• Decorativa: ouro, prata, níquel, cromo;
• Resistência ao atrito: índio, cobre;
• Resistência à oxidação em contatos elétricos: estanho, prata, ouro, ródio;
• Endurecimento superficial: cromo;
• Resistência à corrosão: cromo, níquel, alumínio, zinco, cádmio, estanho.
81
Prevenção da corrosão
• Revestimento metálico
• Deposição por aspersão térmica (metalização) (Zn, Sn, Pb, Al)
82
Prevenção da corrosão
• Revestimento metálico
• Eletrodeposição (Cu, Ni, Cr, Zn, Cd, Sn, Au, Ag)
• A espessura da película e suas propriedades dependem:
• da densidade da corrente aplicada,
• da concentração de sais,
• da temperatura do banho,
• da natureza do metal-base.
83
Prevenção da corrosão
• Revestimento metálico
• Deposição por imersão à quente (Al, Zn, Pb, Sn)
• O revestimento metálico é obtido por imersão do material
metálico em um banho do metal fundido.
• Aluminização - Al
• Galvanização - Zn
Decapagem Desengraxe Fluxagem 
com
ZnCl + NH Cl2 4
Imersão em 
Zn 
460 - 480 C
o
Resfriamento 
em água
84
Prevenção da corrosão
• Revestimento metálico
• Deposição por cladeamento ou cladização
• Método muito utilizado na indústria química.
• Laminação conjunta, a quente, de chapas do metal base e do
revestimento, pelo processo de explosão ou solda.
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Prevenção da corrosão
• Revestimento metálico
• Deposição por difusão (cementação)
• calorização (Al)
• sherardização (Zn)
• siliconização (Si)
86
Taxa de corrosão
• Taxa de remoção do material como consequência da ação química.
• Expressa como:
• Taxa de penetração da corrosão (TPC) ou
• Perda de espessura por unidade de tempo
• W - perda de massa após um tempo de exposição t;
• ρ - massa específica
• A - área exposta da amostra
• K – constante dependente do sistema de unidades.
At
KW
TPC


Mils por ano (mpa)
Milímetros por ano (mm/a)
Taxa de corrosão
• Caso exista uma corrente elétrica associada às reações de corrosão
eletroquímicas:
• Taxa de corrosão expressa como densidade de corrente
• Corrente (i) por unidade de área superficial do material que está sendo
corroído.
• n – número de elétrons associados à ionização de cada átomo metálico
• F – 96.500 C/mol
nF
i
r 
Corrosão de materiais cerâmicos
• Imunes à corrosão de quase todos os ambientes , especialmente
à temperatura ambiente.
• Dissolução química
• Materiais cerâmicos são mais adequados para suportar
atmosferas corrosivas. 
95
Degradação de polímeros
• Deterioração devido à interações com o ambiente.
• Degradação fisico-química.
• Deterioração por inchamento ou dissolução
• Ruptura das ligações covalentes
• Energia térmica, radiação e reações químicas
96
Degradação de polímeros
• Inchamento dissolução parcial
• Quando expostos à líquidos
• Difusão do líquido ou soluto no interior do polímero.
• Moléculas do soluto ocupam posições entre as moléculas do
polímero, expandindo ou inchando.
• Redução das forças de ligações secundárias intermoleculares  menos
resistente e mais dúctil.
97
Degradação de polímeros
• Dissolução continuação do inchamento
• Quanto maior for a semelhança entre as estruturas químicas do
solvente e do polímero maior a probabilidade de inchamento e
dissolução.
• Fatores que influenciam o Inchamento e dissolução
• Temperatura
• Estrutura molecular ligações cruzadas e cristalinidade.
98
Degradação de polímeros
99
Degradação de polímeros
• Ruptura da ligação
• Degradação por cisão
• Separação dos seguimentos da cadeia no ponto de cisão e a redução no 
peso molecular.
• Interferência nas propriedades mecânicas e na resistência a ataques
químicos.
• Ruptura resultante
• Radiação
• Calor
• Reação química
100