Unidade 3 - Corrosão

Prévia do material em texto

TECNOLOGIA 
DOS MATERIAIS 
Ronei Stein
Corrosão
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Definir corrosão e as reações eletroquímicas correspondentes 
associadas.
 � Explicar os aspectos básicos da cinemática da corrosão e definir po-
larização, passivação e as series galvânicas, bem como apresentar os 
diferentes tipos de corrosão.
 � Apresentar as principais formas de combate à corrosão em metais.
Introdução
A corrosão pode ser definida como a deterioração de um material, resul-
tado de ataque químico proveniente do ambiente. A corrosão é causada 
por reação química e a taxa de o quanto a corrosão acontece depende 
também da temperatura e da concentração dos reagentes e produtos. 
Outros fatores como a tensão mecânica e a erosão também podem 
contribuir com a corrosão.
Neste capítulo, você vai estudar o processo de corrosão e as reações 
eletroquímicas correspondentes associadas, os aspectos básicos da ci-
nemática da corrosão, a polarização, a passivação, as séries galvânicas, 
os diferentes tipos de corrosão e as principais formas de combate à 
corrosão em metais.
Corrosão – definições gerais
Corrosão é um tema bastante amplo e pode referir-se a materiais metálicos e 
não metálicos (madeira, polímeros, cerâmicas, entre outros). Neste capítulo, 
será estudado somente corrosão em materiais metálicos em meio aquoso. 
Conforme Smith e Hashemi (2012), a corrosão pode ser definida como 
a deterioração de um material, resultado de ataque químico proveniente do 
ambiente. A corrosão é causada por reação química e a taxa de o quanto a 
corrosão acontece depende também da temperatura e da concentração dos 
reagentes e produtos. Outros fatores como a tensão mecânica e a erosão também 
podem contribuir com a corrosão.
A corrosão pode ser definida como uma forma de “decomposição” dos metais, ou 
seja, de certo ponto de vista, a corrosão pode ser considerada o inverso do processo 
metalúrgico. Esse processo transforma o minério de ferro (óxido de ferro) no metal ferro. 
No entanto, quando o ferro está em contato com a atmosfera ambiente (chuva, 
variação de temperaturas, entre outros), tende a se oxidar, voltando à condição inicial 
de óxido. Essa oxidação é chamada de corrosão.
Porém, não são apenas os metais que sofrem corrosão. Os materiais não 
metálicos, como as cerâmicas e os polímeros, não sofrem ataque eletroquí-
mico (que será definido a seguir), mas podem ser deteriorados por meio de 
ataque químico direto. Por exemplo, materiais cerâmicos refratários podem 
ser quimicamente atacados em altas temperaturas por sais fundidos. Polímeros 
orgânicos podem ser deteriorados por meio de ataque por solventes orgânicos. 
A água é absorvida por alguns polímeros orgânicos que causam mudanças 
nas dimensões ou nas propriedades. A ação combinada de oxigênio e radiação 
ultravioleta deteriorará alguns polímeros mesmo na temperatura ambiente 
(SMITH; HASHEMI, 2012).
Entre os principais meios corrosivos, tem-se a atmosfera, os solos, as águas 
naturais (rios, lagos e do subsolo), a água do mar e os produtos químicos. 
Porém, a atmosfera é o meio corrosivo de maior significância e sofre influ-
ência fundamentalmente dos seguintes fatores: umidade relativa; substâncias 
poluentes, tempo de permanência do filme de eletrólito na superfície metálica e 
temperatura. Além desses fatores, devem ser considerados os fatores climáticos, 
como: intensidade e direção dos ventos, variações climáticas de temperatura 
e umidade, chuvas e insolação (radiação ultravioleta).
Corrosão2
De acordo com Gentil (2007), a classificação da corrosão atmosférica, 
em função do grau de umidade na superfície metálica, pode ser de três tipos:
 � Seca: ocorre em atmosfera isenta de umidade, sem qualquer presença 
de filme de eletrólito na superfície metálica. Tem-se uma lenta oxidação 
do metal com formação do produto de corrosão, podendo o mecanismo 
ser considerado puramente químico.
 � Úmida: ocorre em atmosferas com umidade relativa menor que 100%. 
Tem-se um fino filme de eletrólito, depositado na superfície metálica, 
e a velocidade do processo corrosivo depende da umidade relativa, 
poluentes atmosféricos e higroscopicidade dos produtos de corrosão.
 � Molhada: a umidade relativa está perto de 100% e ocorre condensação 
na superfície metálica, observando-se que a superfície fica molhada 
com eletrólito.
Gentil (2007) descreve que, de acordo com o meio corrosivo e o material, 
podem ser apresentados diferentes mecanismos/reações para os processos 
corrosivos. Os principais mecanismos são:
1. Mecanismo químico: ocorrem reações químicas diretas entre o material 
metálico, ou não metálico, e o meio corrosivo, não havendo geração 
de corrente elétrica. Os casos mais comuns são: corrosão de material 
metálico, em temperaturas elevadas, por gases ou vapores e em ausência 
de umidade, chamada de corrosão seca; corrosão em solventes orgânicos 
isentos de água; corrosão de materiais não metálicos.
2. Mecanismo eletroquímico: ocorrem no mecanismo eletroquímico rea-
ções químicas que envolvem transferência de carga ou elétrons através 
de uma interface ou eletrólito: são os casos de corrosão observados 
em materiais metálicos quando em presença de eletrólitos, podendo o 
eletrólito estar solubilizado em água ou fundido. Os casos mais comuns 
são: corrosão em água ou em soluções aquosas; corrosão atmosférica; 
corrosão no solo; corrosão em sais fundidos.
3Corrosão
A maioria das corrosões metálicas ocorre por meio de reações eletroquímicas. Essa 
corrosão envolve reações de oxidorredução, que transformam os metais em óxidos 
ou em outros compostos. Por este motivo, é muito comum observarmos ferrugem 
em objetos de ferro ou então a formação de uma camada verde (conhecida como 
azinhavre) sobre objetos feitos de cobre. 
Pilha de corrosão galvânica
As reações eletroquímicas desencadeiam a formação de uma pilha de corrosão 
eletroquímica (conhecida como pilha de corrosão galvânica), que contém 
obrigatoriamente quatro elementos (apresentados na Figura 1):
 � Ânodo: Região em que ocorrem as reações de oxidação. Consequen-
temente, é a superfície na qual a corrosão ocorre.
 � Cátodo: Região em que ocorrem as reações de redução. Assim, a su-
perfície torna-se protegida, não há corrosão.
 � Eletrólito: Solução condutora que envolve o cátodo e o ânodo.
 � Ligação elétrica entre cátodo e ânodo.
Figura 1. Pilha galvânica macroscópica com eletrodos 
de zinco e cobre.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Corrosão4
Coelho (2015) descreve que as pilhas galvânicas, na sua forma elemen-
tar, são compostas por um par de eletrodos metálicos (positivo e negativo) 
submergidos no seio de um eletrólito, ligados por meio de um condutor; uma 
corrente elétrica percorre pelo mesmo, terminando apenas quando ocorre a 
dissolução completa de um dos eletrodos, isto é, o metal mais ativo da pilha, 
que é o ânodo, cede seus elétrons para o outro metal (cátodo), através do 
condutor, e acaba sendo corroído.
Para facilitar o entendimento, vamos analisar um pedaço de ferro, o qual é 
imerso numa solução de sulfato cúprico, ficando recoberto por uma película 
de cobre metálico e sofrendo uma reação oxidação-redução, que pode ser 
descrita pela equação:
Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu0
Nessa reação, os elétrons são transferidos do ferro para íons cúpricos ou, 
em outras palavras, o ferro se oxida e o cobre se reduz. Se separarmos, agora, 
essas duas semi-reações, imergindo o pedaço de ferro em uma célula contendo 
solução de sal ferroso e colocando a solução de sulfato cúprico em outra célula, 
ligando-se as duas meia-células por meio de uma ponte salina e condutores 
metálicos adequados, teremos uma pilha galvânica (COELHO, 2015).
A pilha de corrosão galvânica ocorre devido à diferença 
de potencial de eletrodo entre os diferentes metais e é 
mais reativa quanto maior for esta diferença de potencial. 
Para saber mais sobre pilhas galvânicas, assista ao vídeo: 
https://goo.gl/Q8aU6r 
Cinemáticada corrosão
As reações que ocorrem nos processos de corrosão eletroquímica são reações 
de oxidação 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 de passagem do metal da forma reduzida para a iônica. Já as 
5Corrosão
reações na área catódica (cátodo da pilha de corrosão) são reações de redução. 
Essas reações ocorrem com íons do meio corrosivo ou, eventualmente, com 
íons metálicos da solução, de acordo com a Associação Brasileira de Corrosão 
(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CORROSÃO, 2017).
Ainda de acordo com a Associação Brasileira de Corrosão (2017), os produ-
tos de corrosão nos processos eletroquímicos são, normalmente, resultantes da 
formação de compostos insolúveis entre o íon do metal e o íon hidroxila. Logo, 
os produtos da corrosão (na grande maioria dos casos) são: hidróxido do metal 
corroído ou óxido hidrato do metal. Quando o meio corrosivo contiver outros 
íons, poderá haver a formação de outros componentes insolúveis e o produto 
de corrosão pode ser constituído de sulfetos, sulfatos, cloretos, dentre outros.
Porém, no que se refere à corrosão, existem alguns termos importantes que 
precisam ser definidos, entre estes a polarização e a passivação. Polarização, 
de acordo com Callister (2002), é o deslocamento de cada potencial de eletrodo 
a partir do seu valor de equilíbrio, e a magnitude deste deslocamento é uma 
sobretensão. Ou seja, a modificação do potencial de um eletrodo devido a 
variações de concentração, sobre voltagem de um gás ou variação de resis-
tência ôhmica, recebe o nome de polarização. Caso não houvesse o efeito do 
fenômeno da polarização, a corrente entre ânodos e cátodos seria muito mais 
elevada, à semelhança de um quase curto-circuito. Isto se daria porque as 
resistências elétricas do metal e do eletrólito são muito baixas, restando apenas 
as resistências de contato dos eletrodos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE 
CORROSÃO, 2017). 
Quando as reações de corrosão são controladas predominantemente por polarização 
nas áreas anódicas, diz-se que a reação de corrosão é controlada anodicamente e que 
o eletrodo está sob o efeito de uma polarização anódica. 
Quando as reações de corrosão são controladas predominantemente por polarização 
nas áreas catódicas, diz-se que a reação é controlada catodicamente e que o eletrodo 
está sob o efeito de uma polarização catódica. 
Quando é controlada pelo aumento de resistência de contato das áreas anódicas e 
catódicas, diz-se que a reação é controlada ohmicamente.
Corrosão6
Em relação as causas da polarização, estas podem ser:
1. Polarização por concentração: ocorre frequentemente em eletrólitos 
parados ou com pouco movimento.
2. Polarização por ativação: ocorre devido à sobrevoltagem de gases no 
entorno dos eletrodos.
3. Polarização ôhmica: ocorre devido à precipitação de compostos que se 
tornam insolúveis com a elevação do pH no entorno das áreas catódicas.
Além disso, é importante compreender o conceito de passivação. Existem 
alguns metais e ligas ativos que, sob condições ambientais particulares, perdem 
a sua reatividade e se tornam extremamente inertes. Este fenômeno é deno-
minado passividade e é exibido por cromo, ferro, níquel, titânio e muitas de 
suas ligas. Sente-se que o comportamento passivo resulta a partir da formação 
de uma película de óxido muito fina e altamente aderente sobre a superfície 
do metal, a qual serve como barreira protetora contra a corrosão adicional 
(CALLISTER, 2002). Ou seja, a passivação é a modificação do potencial de 
um eletrodo no sentido de menor atividade (mais catódico ou mais nobre) 
devido à formação de uma película de produto de corrosão. 
A passivação pode ser explicada em termos de curvas de potencial de polarização 
versus log densidade de corrente na seção precedente.
A tendência de corrosão de um metal ou de uma liga numa célula galvânica 
é determinada pela sua posição na série galvânica. A série galvânica indica a 
nobreza relativa de diferentes metais e ligas num determinado ambiente (como, 
por exemplo, a água do mar). Quanto mais afastados estiverem os metais na 
série galvânica, maior será o efeito da corrosão galvânica. Os metais e as ligas 
no topo da série são mais nobres, enquanto os da parte de baixo da lista da 
série são menos nobres.
7Corrosão
Tipos e formas de corrosão
A corrosão pode ser apresentada considerando a aparência ou a forma de ataque 
e as diferentes causas da corrosão e seus mecanismos. Pode-se ter corrosão 
segundo: a morfologia; as causas ou o mecanismo; os fatores mecânicos; o 
meio corrosivo e a localização do ataque (GENTIL, 2007). Porém, as formas 
segundo as quais a corrosão pode manifestar-se são definidas principalmente 
pela aparência da superfície corroída, sendo as principais: 
 � Corrosão uniforme (ou generalizada): quando a corrosão se processa 
em toda extensão da superfície, ocorrendo perda uniforme da espessura. 
Esta forma é comum em metais que não formam películas protetoras, 
como resultado do ataque;
 � Corrosão por placas: quando os produtos de corrosão se formam 
em placas que se desprendem progressivamente. É comum em metais 
que formam película inicialmente protetora, mas que, ao se tornarem 
espessas, fraturam e perdem aderência, expondo o metal a novo ataque; 
 � Corrosão alveolar: a corrosão se processa na superfície metálica, 
produzindo sulcos e escavações, apresentando fundo arredondado e 
profundidade geralmente menor que o seu diâmetro.
 � Corrosão por pite (ou puntiforme): a corrosão age em pontos ou pe-
quenas áreas na superfície metálica, produzindo pites, que são definidas 
como cavidades com fundo em forma angulosa e profundidade maior que 
seu diâmetro. A corrosão por pite é frequente em metais formadores de 
películas protetoras, em geral passivas, que, sob a ação de certos agentes 
agressivos, são destruídas em pontos localizados, os quais tornam-se ativos, 
possibilitando corrosão muito intensa. Um exemplo comum é representado 
pelos aços inoxidáveis austeníticos em meios que contêm cloretos; 
 � Corrosão intergranular ou intercristalina: quando o ataque se mani-
festa no contorno dos grãos, como no caso dos aços inoxidáveis austení-
ticos sensitizados, expostos a meios corrosivos. Ou seja, a corrosão age 
entre os grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perde suas 
propriedades mecânicas e pode fraturar quando em esforços mecânicos.
 � Corrosão intragranular: age nos grãos da rede cristalina do material 
metálico, o qual perde suas propriedades mecânicas, e pode fraturar a 
menor solicitação mecânica, com tensão fraturante.
Corrosão8
 � Corrosão filiforme: a corrosão age sob a forma de finos filamentos, mas 
que não são muito profundos, que se propagam em diferentes direções.
 � Esfoliação: se processa de forma paralela à superfície metálica.
 � Corrosão transgranular ou transcristalina: quando o fenômeno se 
manifesta sob a forma de trincas que se propagam pelo interior dos grãos 
do material, como no caso da corrosão sob tensão de aços inoxidáveis 
austeníticos.
A Figura 2 apresenta uma ilustração dos principais tipos de corrosão em 
estruturas metálicas.
Figura 2. Diferentes tipos de corrosão.
Fonte: Associação Brasileira de Corrosão, (2017).
9Corrosão
Principais medidas que buscam 
evitar a corrosão
É fundamental compreender alguns conceitos importantes quando nos refe-
rimos à corrosão, principalmente em metais. Como já explicado, a corrosão 
é um desgaste do metal a partir da oxidação, em que ocorre um maior 
desprendimento do metal, que vai ficando cada vez mais exposto aos danos 
causados pelo contato com a atmosfera. Mas qual é a diferença entre oxi-
dação e ferrugem?
Todos os metais podem sofrer o processo de oxidação, sendo que o mo-
tivo mais comum é o contato direto do metal desprotegido (sem pintura, por 
exemplo) com o ar, vapor d’água ou água. A oxidação é o início do processo 
de degradação do metal e deve ser tratadalogo no início, para não dar origem 
à corrosão e à ferrugem no caso dos metais ferrosos. Quando estão oxidados e 
corroídos, os metais ferrosos começam a gerar o hidróxido de ferro, a camada 
avermelhada conhecida como ferrugem. A ferrugem destrói a resistência do 
metal e, dependendo de sua amplitude, inviabiliza a recuperação.
A corrosão de metais, como o ferro, causa grandes prejuízos econômicos 
e sociais. A prata, o alumínio e o cobre não têm a sua corrosão muito intensa, 
porque ao se oxidarem eles naturalmente formam uma espécie de película 
protetora que impede que o restante do material sofra a corrosão.
Porém, quando o ferro enferruja, esta forma Fe2O3 · 3H2O, a ferrugem 
da superfície do metal vai se soltando e expondo continuamente o ferro 
metálico à condição ambiente e a corrosão vai agindo até a total deteriora-
ção da peça. Desta forma, foi necessário desenvolver técnicas que visam 
a evitar ou amenizar os efeitos da corrosão; alguns destes métodos serão 
apresentados a seguir.
Um desses métodos é o revestimento (Figura 3), que busca separar o 
metal do seu meio através de uma camada protetora entre o metal e o meio 
corrosivo. Por exemplo, pode-se impedir o contato do ferro com o oxigê-
nio do ar através da aplicação de uma camada de tinta, sendo comumente 
adotado o zarcão (Pb3O4) ou outras tintas mais eficientes, que podem estar 
contidas em cerâmicas, metálicas e polímeros, cada um com suas próprias 
características (GENTIL, 2007).
Corrosão10
Figura 3. Exemplo de revestimento visando proteger superfícies 
metálicas.
Fonte: sima/Shutterstock.com.
Algumas latas de enlatados são revestidas com estanho e, em seguida, são 
revestidas com uma camada extra de polímeros. Esta camada de polímeros 
evita o contato do alimento com o estanho, pois o ácido cítrico dos alimentos 
pode reagir com o mesmo, provocando a contaminação do alimento.
Outra técnica que visa à proteção dos metais contra a corrosão é a gal-
vanoplastia ou eletrodeposição metálica, técnica que reveste o metal (a ser 
protegido) com outro metal mais nobre, o qual impede a interação da peça 
com o ar e com a umidade, evitando, assim, a corrosão.
Entre os objetivos destas técnicas, pode-se citar: adquirir resistência à 
corrosão; adquirir proteção contra a oxidação; apresentar maior durabilidade; 
aumentar a resistência da peça; ampliar a espessura da peça; aumentar a 
condutividade elétrica ou térmica; fazer com que a peça possa passar por um 
processo de soldagem com maior resistência ou melhorar a estética da peça. 
Os tipos mais comuns de galvanoplastia são:
 � Cromagem: recobrimento de uma peça com o metal cromo (Cr).
 � Prateação: recobrimento de uma peça com o metal prata (Ag).
 � Douração: recobrimento de uma peça com o metal ouro (Au).
 � Niquelagem: recobrimento de uma peça com o metal níquel (Ni).
 � Zincagem: recobrimento de uma peça com o metal zinco (Zn).
 � Estanhagem: recobrimento de uma peça com o metal estanho (Sn).
 � Cadmeação: recobrimento de uma peça com o metal cádmio (Cd).
11Corrosão
Entre as técnicas mais utilizadas de galvanoplastia, estão:
 � Anodização: processo usado mais frequentemente para o alumínio e em 
menor escala para magnésio, titânio, zircônio, tântalo e vanádio. Esta técnica 
consiste na aplicação de corrente no metal (ânodo), estando o mesmo em 
solução adequada, visando à obtenção de uma camada de óxido de espessura 
maior que o natural.
 � Cromatização: processo pelo qual o revestimento é produzido contendo 
cromatos ou ácido crômico. Pode ser feito sobre o metal ou sobre camadas de 
óxidos ou fosfatos. Sobre o metal, objetiva aumentar a resistência à corrosão ou, 
então, melhorar a aderência de tintas a materiais metálicos (alumínio, magnésio, 
entre outros). Sobre camadas de óxidos ou fosfatos, são comumente usados 
para vedar poros, aumentando a proteção obtida pela fosfatização ou oxidação. 
 � Fosfatização: aplicação de camadas de fosfato sobre vários materiais metálicos 
(ferro, zinco, alumínio, cadmio e magnésio). Seu objetivo é exaltar a eficiência 
de outros meios de proteção, pois suas camadas de proteção são medíocres, 
interferindo no aumento da porosidade e área específica da superfície tratada, 
o que acaba aumentando a aderência da tinta ou a absorção de óleos lubrifi-
cantes protetores.
Além disso, tem-se a proteção catódica, a qual envolve a alteração do 
potencial do metal a ser protegido, fazendo-o agir como cátodo. Visto que a 
formação da ferrugem se inicia em virtude da oxidação do ferro em contato 
com o ar úmido, uma das técnicas de proteção do ferro consiste em reverter 
essa oxidação. Para tal, um eletrodo de sacrifício ou metal de sacrifício é 
colocado em contato com o objeto feito de ferro ou de aço. Esse metal deve 
possuir um potencial de oxidação maior que o do ferro para, assim, oxidar-se 
no lugar dele.
Corrosão12
A proteção catódica é uma técnica muito utilizada para a proteção de metais, princi-
palmente em oleodutos (tubulação de grosso calibre) e no revestimento de cascos 
de navios, conforme a Figura 4.
Figura 4. Exemplo de “chapas” presas no casco de um navio, para protegê-lo da corrosão.
Fonte: IZZ HAZEL/Shutterstock.com.
A galvanização é mais uma forma de evitar a corrosão em metais. De 
acordo com Fogaça (2017), o aço inoxidável é uma liga metálica especial 
feita de 74% de aço, 18% de cromo e 8% de níquel e possui como propriedade 
principal o fato de não enferrujar. Os metais cromo e níquel formam óxidos 
insolúveis que protegem o aço do oxigênio e da umidade do ar. Essa liga é 
usada na produção de utensílios domésticos, como panelas e talheres, bem 
como em equipamentos para indústria, construção civil, peças de carro, entre 
outros. Porém, além de caro, a sua aplicação também é limitada.
13Corrosão
Uma técnica muito utilizada na galvanização é a oxidação negra, tam-
bém conhecida como oxidação preta. Esta técnica consiste no revestimento 
de materiais ferrosos (cobre, zinco, entre outros), sendo sua aplicabilidade 
indicada para materiais que exigem uma proteção média contra a corrosão, 
não sendo recomendável para peças que necessitem de um revestimento que 
ofereça durabilidade e resistência intensas. Esta técnica fornece às peças um 
melhor aspecto visual, com acabamento de cor preta, de forma que é muito 
utilizada como revestimento estético.
A galvanização oxidação negra é amplamente utilizada em parafusos que precisam 
de um acabamento preto. Além disso, esta técnica também é largamente utilizada 
para o revestimento e acabamento de armas de fogo, fato que explica a cor preta 
característica apresentada por vários modelos de armas.
Corrosão14
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CORROSÃO. Corrosão: uma abordagem geral. [S.l.]: 
ABRACO, 2017. Disponível em: <http://paginapessoal.utfpr.edu.br/israel/teoria/Teo-
ria_Corrosao_ABRACO.pdf/at_download/file>. Acesso em: 02 set. 2017.
CALLISTER, W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: 
LTC, 2002.
COELHO, P. Pilha galvânica ou voltaica (célula galvânica). EngQuímica Santos SP, 25 
jun. 2015. Disponível em: <http://www.engquimicasantossp.com.br/2015/06/pilha-
-galvanica-ou-voltaica-celula.html>. Acessado em: 02 set. 2017.
FOGAÇA, J. R. V. Proteção de metais contra a corrosão. Mundo Educação, 2017. Dis-
ponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/protecao-dos-metais-
-contra-corrosao.htm>. Acesso: 02 set. 2017.
GENTIL, V. Corrosão. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. 5. ed. 
Porto Alegre: AMGH, 2012.