Materiais e Corrosão 2017 (1)

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Materiais e Corrosão
Prof. Robinson L. Manfro e-mail: robinson@eq.ufrj.br
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE 
JANEIRO
Escola de Química
Historicamente
Avanço das sociedades Produção de Materiais
Civilizações Antigas
Idade da Pedra 
Idade dos Metais
Eolítico
Paleolítico (P. Lascada) (2,5 milhões - 10.000 a.C.)
Mesolítico (10.000 a.C.)
Neolítico (P. Polida) (~8.000 a.C.)
Idade do Cobre
Idade do Bronze (~3500 a.C.)
Idade do Ferro (~1200 a.C.)
Inicialmente – Acesso apenas aos materiais naturais;
Pedra
Madeira
Argilas
Peles
Ossos
Desenvolvimento de técnicas
Cerâmicas
Metais
Desenvolvimento das técnicas é Contínua.
Tempos relativamente recentes que pesquisadores compreenderam 
as reações entre os elementos estruturais dos materiais e suas 
propriedades. 
Desenvolvimento de materiais com 
características específicas.
Grande utilização de diversos tipos de materiais na nossa 
cultura.
Transportes
Habitação
Vestuário
Recreação
Produção de 
Alimentos
Comunicação
Ciência dos materiais  Estuda as relações que existem 
entre as estruturas e as propriedades dos materiais;
Introdução
Engenharia dos materiais consiste no projeto ou 
engenharia da estrutura de um material para produzir um 
conjunto predeterminado de propriedades.
Estrutura = Arranjo dos componentes internos de um 
material;
Subatômica (relação entre elétrons com núcleos)
Atômica ( relação entre átomos ou moléculas)
Microscópica (glomerados de átomos)
Macroscópica (estrutura observável)
Ex: grafite, diamante
Fullerenos (C60) Nanotubo de carbono
Estrutura = Arranjo dos componentes internos de um 
material;
Subatômica (relação entre elétrons com núcleos)
Atômica ( relação entre átomos ou moléculas)
Microscópica (glomerados de átomos)
Macroscópica (estrutura observável)
Propriedades = Resposta a um estímulo específico
imposto ao material.
Aplicação de uma força – Deformação
Superfície metálica polida – Reflete a luz
Propriedade dos materiais:
Para cada propriedade existe um tipo característico de estímulo que 
é capaz de provocar diferentes respostas.
1. Mecânicas
2. Elétricas
3. Térmicas
4. Magnéticas
5. Ópticas
6. Corrosão 
Dois outros componentes importantes estão envolvidos na 
ciência e na engenharia dos materiais: Processamento e 
Desempenho
Processamento Estrutura Propriedades Desempenho
Propriedades Ópticas
- Óxido de Alumínio
Transparente Translúcido Opaco
Por que estudar ciência e engenharia dos materiais? 
Um problema de materiais consiste na seleção do material 
correto dentre milhares de materiais disponíveis. 
Critérios:
➢ Condições de serviços;
➢ Perda de alguma propriedade durante a utilização;
➢ Fatores econômicos.
Classificação dos Materiais
A classificação tradicional dos materiais é
geralmente baseada na estrutura atômica e química.
• Metais
• Cerâmicas
• Polímeros
• Compósitos
• Semicondutores
• Biomateriais (Mat. Biocompatíveis)
Classificação tradicional
Classificação dos Materiais
➢ Metais
✓ Materiais metálicos são geralmente uma
combinação de elementos metálicos.
✓ Os elétrons não estão ligados a nenhum
átomo em particular e por isso são bons
condutores de calor e eletricidade;
✓ Não são transparentes à luz visível;
✓ Têm aparência lustrosa quando polidos;
✓ Geralmente são resistentes e
deformáveis;
✓ São muito utilizados para aplicações
estruturais;
Os metais na tabela periódica
Classificação dos Materiais
➢ Cerâmicas
✓ Materiais cerâmicos são geralmente uma
combinação de elementos metálicos e
não-metálicos.
✓ Geralmente são óxidos, nitretos e carbetos
✓ São geralmente isolantes de calor e
eletricidade.
✓ São mais resistentes à altas temperaturas e
à ambientes severos que metais e
polímeros.
✓ Com relação às propriedades mecânicas as
cerâmicas são duras, porém frágeis.
✓ Em geral são leves.
OS MATERIAS CERÂMICOS NA TABELA PERIÓDICA
Os cerâmicos são constituídos de metais e não-metais
Material Isolante à base de fibra de sílica (93 %v de 
espaços vazios) – Utilizando nos ônibus espaciais.
Condutividade térmica é
tão pequena que a
condução de calor do
seu interior (1250°C)
para a superfície é
extremamente pequena.
Isolamento de superfície 
reutilizável para altas 
temperaturas (HRSI) 
Classificação dos Materiais
➢ Polímeros
✓ Materiais poliméricos são geralmente
compostos orgânicos baseados em carbono,
hidrogênio e outros elementos não-metálicos;
✓ São constituídos de moléculas muito grandes
(macromoléculas);
✓ Tipicamente, esses materiais apresentam
baixa densidade e podem ser extremamente
flexíveis, não são magnéticos, isolantes
elétricos;
✓ Materiais poliméricos incluem plásticos e
borrachas;
Classificação dos Materiais
➢ Compósitos
✓ Materiais compósitos são constituídos de 
mais de um tipo de material insolúveis 
entre si;
✓ Os compósitos são “desenhados” para 
apresentarem a combinação das 
melhores características de cada 
material constituinte;
✓ Muitos dos recentes desenvolvimento 
em materiais envolvem materiais 
compósitos;
✓ Um exemplo clássico é o compósito de 
matriz polimérica com fibra de vidro. O 
material compósito apresenta a 
resistência da fibra de vidro associado a 
flexibilidade do polímero;
Classificação dos Materiais
➢ Semicondutores
✓ Materiais semicondutores apresentam
propriedades elétricas que são intermediárias
entre metais e isolantes;
✓ As características elétricas são extremamente
sensíveis à presença de pequenas
quantidades de impurezas, cuja concentração
pode ser controlada em pequenas regiões do
material;
✓ Os semicondutores tornaram possível o
advento do circuito integrado que
revolucionou as indústrias de eletrônica e
computadores;
✓ Ex: Si, Ge, GaAs, InSb, CdTe.
0,5 mm
Chip de computador
Regiões claras: átomos de Si
Regiões claras: átomos de P
Dopagem do Si com P em semicondutores tipo-n:
- Deposição de camadas ricas em P
na superfície.
Si
- Aquecimento
- Resultado: semicondutor com
regiões dopadas.
Si
Classificação dos Materiais
➢ Biomateriais
✓ Biomateriais são empregados em
componentes para implantes de partes em
seres humanos;
✓ Esses materiais não devem produzir
substâncias tóxicas e devem ser
compatíveis com o tecido humano, isto é,
não deve causar rejeição (Biocompatível)
✓ Metais, cerâmicos, polímeros e
compósitos podem ser usados como
biomateriais;
Classificação dos Materiais
➢ Materiais Avançados
✓ São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de ponta, ou seja, são
materiais utilizados para a fabricação de dispositivos ou componentes que
funcionam ou operam usando princípios sofisticados;
✓ Exemplos destas aplicações incluem: equipamentos eletrônicos
(VCRs, CD players, DVDs), computadores, sistemas de fibra
óptica, foguetes e mísseis militares, detectores, lasers, displays de
cristal líquido, indústria aeroespacial, etc;
✓ Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas
propriedades são otimizadas ou materiais novos de alto
desempenho;
Materiais metálicos
Materiais cerâmicos
Materiais poliméricos
Elevado custo
Algumas Considerações Sobre a Necessidade de 
Materiais Modernos
➢Materiais que apresentem:
❖ Alto desempenho;
❖ Baixo peso e alta resistência;
❖ Resistência à altas temperaturas;
❖ Desenvolvimento de materiais que sejam menos 
danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem 
reciclados ou regenerados;
Corrosão
A deterioração de materiais não metálicos - concreto, borracha, polímeros e
madeira - devida à ação química do meio ambiente, é considerado comocorrosão.
Deterioração do cimento Ação de sulfato
Perda de elasticidade da borracha Oxidação por ozônio
Perda de resistência da madeira
(hidrólise da celulose) 
Soluções ácidas
Deterioração de um material, geralmente metálico, 
por ação química ou eletroquímica do meio 
ambiente associado ou não a esforços mecânicos.
Importância
Os problemas de corrosão são frequentes e ocorrem nas mais variadas atividades:
✓ Industria Química
✓ Petrolífera
✓ Petroquímica
✓ Naval
✓ Construção Civil
✓ Automobilística
✓ Transportes aéreos
✓ Ferroviário
✓ Metroviário
✓ Marítimo
✓ Rodoviário
✓ Meios de comunicação
✓ Sistemas de Telecomunicação
✓ Odontologia
✓ Medicina
✓ Obras de arte
Consequências da corrosão
 Diminuição das reservas naturais;
 Paradas não programadas;
 Danos ao meio ambiente;
 Acidentes (segurança pessoal e patrimonial).
 Lucros cessantes;
As perdas econômicas que atingem essas atividades 
podem ser classificadas em diretas e indiretas:
São perdas diretas:
 Custos Corretivos
- reparos
- reposição de material
 Custos Preventivos
- revestimentos (pintura e outros)
- material resistente à corrosão
- proteção catódica
- inibidores de corrosão
- superdimensionamento
- inspeção, manutenção 
São perdas indiretas:
São mais difíceis de avaliar e podem totalizar custos mais elevados que as perdas
diretas e nem sempre podem ser quantificados:
- Paralizações acidentais;
- Perda de produto;
- Perda de eficiência;
- Contaminação de produtos;
- Multas e indenizações;
- Desgaste da imagem;
- Danos ambientais;
- Custos compensatórios;
As perdas econômicas que atingem essas atividades 
podem ser classificadas em diretas e indiretas:
Estudo realizado no período de 1999 – 2001 por CC Technologies Laboratories Inc.
Estimou, para os EUA, um custo direto de corrosão em 276 bilhões de 
dólares (aproximadamente 3,1% do PIB) e em 552 bilhões de dólares o 
custo indireto.
Custo
Alguns países estimam o custo com corrosão como sendo 3,5 % do PIB
(Produto Interno Bruto)
O PIB brasileiro em 2013 foi de 4,8 trilhões de reais.
Correspondendo um custo de 168 bilhões de reais em corrosão.
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS CORROSIVOS
São assim chamados os processos de corrosão que ocorrem quando o meio corrosivo está
no estado líquido.
Corrosão Úmida – Corrosão Eletroquímica
É a principal causa de deterioração de equipamentos, instalações industriais e utensílios
de uso popular. Cerca de 80% dos casos de deterioração por corrosão são de natureza
eletroquímica, o que explica a grande influência da eletroquímica no estudo da corrosão.
A deterioração por corrosão úmida caracteriza-se basicamente por:
 Realizar-se necessariamente na presença de meio líquido;
 Ocorre em baixa temperatura;
 Estar associada, a formação de uma pilha.
Corrosão Úmida e Corrosão Seca
Mecanismo Eletroquímico da Corrosão
A corrosão úmida é um processo que na grande maioria das vezes, se realiza na presença 
da água e em temperatura próxima da ambiente, com a formação de pilhas.
Uma pilha é constituída por:
1) Ânodo: Metal ou parte do metal que é deteriorado pela corrosão.
2) Cátodo: Metal ou parte do metal que junto com o meio corrosivo 
possibilitam a corrosão do ânodo.
3) Meio Corrosivo: Eletrólito que esteja em contato com o ânodo e cátodo.
4) Ligação Elétrica entre Ânodo e Cátodo: União elétrica entre ânodo e cátodo, 
que pode ser um condutor eletrônico (fio elétrico), quando eles estiverem 
separados; pela própria superfície dos metais, quando eles estiverem juntos.
5) Diferença de Potencial entre Ânodo e Cátodo: A diferença de atividade química
entre os metais ou partes deles.
Potencial de Redução E° (V)
Zn2+ + 2e Zn
-0,763
Fe2+ + 2e Fe
-0,440
Corrosão galvânica em tubo de aço-
carbono no contato com válvula de
latão (Cu/Zn).
O par galvânico, resultante do contato direto de
tubulação de cobre com tubulação de aço
galvanizado.
Deterioração de Equipamentos
Incrustação em tubos por formação de óxidos
Deterioração de Implantes
Corrosão Seca – Corrosão Química
São assim chamados os processos de corrosão que ocorrem quando o meio
corrosivo está no estado gasoso. Esses processos são muitas vezes
denominados de corrosão em alta temperatura.
Apenas cerca de 10 % dos casos de deterioração na indústria são devidas as 
corrosões secas. Podemos destacar duas situações onde a corrosão seca é de 
grande importância: 
❖ Na deterioração de tubos de fornos;
❖ Casco de vasos de pressão que operam acima de 420C.
A corrosão seca caracteriza-se basicamente por:
➢ O meio corrosivo está sempre na forma de um gás;
➢ Ocorrer em temperaturas elevadas;
➢ Em geral, existe uma interação direta entre o metal e algum agente presente no 
meio, normalmente o oxigênio.
Corrosão Seca – Corrosão Química
Enxofre
Halogênios (F, Cl, Br, I, At)
Dióxido de enxofre
Gás sulfídrico (H2S)
Vapor de água
Espelho do resfriador de gases. Trecho do espelho com produtos de corrosão:
sulfato e cloreto de ferro.
Formas de corrosão
As formas de corrosão podem ser apresentadas considerando-se a aparência ou 
a forma de ataque e as diferentes causas da corrosão e seus mecanismos.
❖ Morfologia: uniforme, por placas, alveolar ou pite, etc...
❖ Causas ou mecanismos: por aeração diferencial, galvânica, seletiva, etc...
❖ Fatores mecânicos: sob tensão, sob fadiga, por atrito, etc...
❖ Meio corrosivo: atmosfera, pelo solo, água do mar, etc... 
❖ Localização do ataque: por pite, uniforme, intergranular, etc...
Morfologias
Corrosão uniforme em chapa de 
aço-carbono.
Corrosão em placas.
Trecho de tubo com corrosão 
por placas, chegando a 
perfurar.
Morfologias
Corrosão alveolar. Trecho de tubo de aço-
carbono com alvéolos.
Corrosão por pite em tubo de 
aço inoxidável AISI 304.
Corrosão por pite em aço 
inoxidável.
Morfologias
Pites em tubo de aço-carbono.
Morfologias
Corrosão intergranular ou 
intercristalina.
Corrosão transgranular ou 
transcristalina.
Morfologias
Trecho de tubo de aço inoxidável 
AISI 304 com corrosão sob tensão 
fraturante em meio de cloreto.
Trecho de tubo de aço inoxidável AISI 
304 com corrosão sob tensão fraturante
em meio de cloreto.
Morfologias
Corrosão filiforme: filamentos em 
torno do risco da chapa de aço-
carbono pintada.
Esfoliação em componente de liga de 
alumínio.
Esfoliação em tubo de aço-carbono.
Morfologias
Corrosão grafítica em componente 
de bomba centrífuga de ferro 
fundido: parte escura, área corroída, 
devido à grafite.
Corrosão grafítica em tubo de ferro 
fundido cinzento: parte escura da foto.
Morfologias
Dezincificação em parte interna de 
componente de latão: coloração 
avermelhada contrastando com a 
amarelada do latão (Cu-Zn).
Morfologias
Chapa de aço-carbono com 
empolamento por hidrogênio.
Tubo com empolamento por hidrogênio 
resultante da reação entre H2S e aço-
carbono.
Morfologias
Corrosão em torno de cordão de solda 
em tanque de aço inoxidável AISI 304.
Corrosão em tubulação de aço 
inoxidável em torno de cordão de 
solda.
Técnicas de Proteção Contra Corrosão
No estudo de um processo corrosivo devem ser sempre consideradas as
variáveis dependentes do material metálico, da forma de emprego e do
meio corrosivo.
❖ Métodos baseados na modificação do processo
❖ Métodos baseados na modificação do meio corrosivo
❖ Métodos baseados na modificação do metal
❖ Métodos baseados nos revestimentos protetores 
As medidas práticas mais comumente usadas para
combater a corrosão são: Emprego de inibidores de corrosão;
 Modificações de processo, de propriedades de metais e de projetos;
 Emprego de revestimentos protetores metálicos e não metálicos;
 Proteção catódica;
 Proteção anódica.
Frasco da esquerda: lã de aço e papel impregnado com inibidor
em fase vapor. Frasco da direita: lã de aço sem inibidor em fase
vapor.
Amostra de aço-carbono com polimento metalográfico mantida, durante dois anos,
embalada em papel impregnado com inibidor de corrosão, sem nenhuma alteração na
superfície polida.
Anodos de zinco para proteção catódica
galvânica de casco de navio.
Fixação, por meio de solda, de anodo de zinco
em casco de navio.
Anodo de zinco após algum
tempo de uso em casco de
navio.